DE3106779C2

DE3106779C2 - Digitaler Phasendifferenzmesser

Info

Publication number: DE3106779C2
Application number: DE19813106779
Authority: DE
Inventors: Viktor Petrovi&ccaron; Gelend&scaron;hik Maiko
Original assignee: JUZNOE PROIZVODSTVENNOE OB"EDINENIE PO MORSKIM GEOLOGORAZVEDOCNYM RABOTAM "JUZMORGEOLOGIJA" GELENDZIK KRASNODARSKOGO KRAJA SU
Current assignee: JUZNOE PROIZVODSTVENNOE OB"EDINENIE PO MORSKIM GEOLOGORAZVEDOCNYM RABOTAM "JUZMORGEOLOGIJA" GELENDZIK KRASNODARSKOGO KRAJA SU
Priority date: 1981-02-24
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1984-10-31
Also published as: DE3106779A1

Abstract

Der digitale Folgephasenmesser enthält einen Former (1) für Kurzimpulse, die der Vorderflanke des elektrischen Eingangssignals rechteckiger Form entsprechen, wobei dieser Former mit seinem Ausgang an den Eingang eines Schalters (2) angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit dem Informationsausgang eines Reversierzählers (3) für Bruchteile des Phasenzyklus in Verbindung steht und dessen Ausgang dem Eingang eines Impulszählers (4) vorgeschaltet ist. Der Subtraktionszähleingang des Impulszählers (4) ist an einen Zählimpulsgenerator (5) angeschlossen und der Ausgang dieses Zählers liegt am Eingang des Schalters (8) eines Steuerimpulsverteilers (6) an. Der andere Eingang des Schalters (8) ist mit dem Eingang des Inverters (7) dieses Verteilers (6) verbunden und dient als Eingang des digitalen Folgephasenmessers, während der Ausgang dieses Schalters (8) an den Additionseingang des Reversierzählers (3) angeschlossen ist. Der Ausgang eines Inverters (7) steht mit dem Eingang eines Schalters (9) des Verteilers (6) in Verbindung, der andere Eingang des Schalters (9) ist an den Ausgang des Impulszählers (4) und der Ausgang an den Subtraktionseingang des Reversierzählers (3) angeschlossen. Die Ausgänge des Reversierzählers (3) sind mit dem Additions- und dem Subtraktionseingang des Reversierzählers (10) für ganze Phasenzyklen verbunden.

Description

ferenz und der Phasenmesseranzeige zu gewahrleisten, was seine Anwendung in Funknavigationssystem ermöglicht. Jedoch ist seine Störsicherheit und Schnellwirkung nicht im gesamten Meßbereich gleichmäßig. Die Ungleichmäßigkeit seiner dynamischen Phasendifferenzmeßkennlinien ist bedingt durch die Nichtlinearität des digitalen Folgesystems dieses Phasendifferenzmessers.

Bekannt ist weiterhin aus dem 3U 5 76 547 ein digitaler Phasendifferenzrresser, der einen Former für fCurzimpulse enthält, die der Vorderflanke der auf seine Eingänge gegebenen Rechtecksignale entsprechen, welcher ausgaiigsseitig mit dem Eingang eines ersten Schalters verbunden ist, dessen Ausgang an den Eingang eines Impulszählers angeschlossen ist, dessen Zähleingang mit einem Zählimpulsgenerator in Verbindung steht und dessen Ausgang auf einen Steuerimpuls.vertciler wirkt, der ausgangsseitig mit dem Subtraktionseingang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers für Bruchteile eines Phasenzyklus in Verbindung steht, dessen Additionseingang an den Ausgang eines Schalters angeschlossen ist, der Bestandteil des Steueriir.pulsverteUers ist und dessen erster Eingang mit dem zweiten Eir^gang des digitalen Phasendifferenzmessers verbunden ist, wobei dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler für Bruchteile eines Phasenzyklus noch ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ganze Phasenzyklen nachgeschaltet ist.

Bei diesem Phasendifferenzmesser, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist der Zählimpulsgcnerator über den ersten Schalter an einen addierenden Zähleingang des Impulszählers angeschlossen.

Außer dem Schalter enthält der Steucrimpulsverteiler eine Codegewichtsvergleichseinrichtung, eine Verzögerungsleitung und ein Flipflop. Dabei ist der Ausgang des Schalters mit dem Additions- und dem Subtraktionseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers für Bruchteile eines Phasenzyklus über die Reihenschaltung der Codegewichtsvergleichseinrichtung und einer Schalteinheit sowie mit dem Eingang des Flipflops über die Verzögerungsleitung verbunden. Der Ausgang des rlipflops ist an einen Eingang des Schalters geschaltet, dessen anderer Eingang mit dem Eingang des Phasenmessers verbunden ist, wobei der andere Eingang des Flipflops an den Ausgang des Kurzimpulsformers angeschlossen ist.

Der Ausgang des Impulszählers ist dadurch mil dem Eingang des Steuerimpulsvertcilcrs verbunden, daß er an die Eingänge der Codegewichtsvergleichseinrichtung und der Schalteinheit angeschlossen ist, an deren andere Eingänge der Ausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers für Bruchteile eines Phasenzyklus angeschlossen ist.

Das lineare Folgesystem dieses Phasendifferenzmessers gewährleistet gleichmäßige Charakteristiken der Störsicherheit und Schnellwirkung im gesamten Meßbereich, jedoch ist das Gerät sperrig und kompliziert und es sind komplizierte Baugruppen wie die Codegewichtsvergleichseinrichtung und die Schalteinheit erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Phasendifferenzmesser zu entwickeln, der bei einfachem Aufbau eine hohe Genauigkeit und Störsicherheit der Verarbeitung der Meßsignale im gesamten Meßbereich zu erzielen gestattet.

Ausgehend von der zuletzt betrachteten bekannten Ausbildung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Palentanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert; diese zeigt das Blockschaltbild eines digitalen Phasendifferenzmessers.

Der betrachtete digitale Phasendifferenzmesser ist Bestandteil des Anzeigeempfängers eines Funknavigalionssystems. Er enthält einen Kurzimpulsformer 1. dessen Eingang den ersten Eingang des digitalen Phasendifferenzmessers darstellt. Der Kurzimpulsformer 1 erzeugt am Ausgang kurze Impulse, c'.ie der Vorderflanke der elektrischen Rechtecksignale entsprechen, die auf seinen ersten Eingang und den zweiten Eingang des Phasendifferenzmessers gegeben werden.

Zum Phasendifferenzmesser gehört weiterhin ein Schalter 2, dessen erster Eingang am Ausgang des Kurzimpulsformers 1 anliegt, und ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler 3. Dieser ermöglicht die Messung von Phasendifferenzen innerhalb des Vollwinkels (von 0 bis 360°) oder eines Phasenzyklus (von 0 bis 99 Zentizyklen). Die Gesamtkapazität des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 für den Bruchteil des PhasenzykJus ist gleich N, der Basis des Meßeinheitssystems. Der Informatiorr-^usgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 ist an den zweiten Eingang des Schalters 2 angeschlossen.

Der digitale Phasendifferenzmesser enthält auch ei nen Impulszähler 4 und einen Zählimpulsgenerator 5. Die Gesamtkapazität des Impulszählers ist gleich N (wie oben definiert). Der Impulszähler 4 arbeitet als Subtrahierer, so daß beim Übergang der im Impulszäh-

jo ler eingetragenen Zahl über den Wert Λ' am Ausgang des Impulszählers ein Mangelimpuls formiert wird. Der Setzeingang des Impulszählers 4 ist an den Ausgang des Schalters 2 angeschlossen.

Der Zählimpulsgenerator 5 erzeugt Zählimpulse mit

J5 einer Frequenz f=N-f_k-. wobei Z₁-die Frequenz der Eingangs-Rcchteck-Signale ist, deren Phasendifferenz zu messen ist. Der Ausgang des Zählimpulsgenerators 5 ist an den Subtraktionszähleingang des Impulszählers 4 angeschlossen.

Der Phasendifferenzmesser enthält auch einen Steuerimpulsverteiler 6. Dieser sorgt je nach der Polarität des Eir gangsrechtecksignals und dem Ankunftszeitpunk.t des Mangelimpulses vom Ausgang des Impulszählers 4 für das Eintreffen der Mangel-Impulse entwe-

4¹) der am Additionseingang oder am Subtraktionseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3.

Der Stcuerimpulsverteiler 6 besteht aus einem Inverter 7 und einem Haupt-Schaher 8 und einem zusätzlichen Schalter 9. Der Eingang des Inverters 7 ist mit dem ersten Eingang des Haupt-Schalters 8 verbunden, wobei diese den zweiten Eingang des digitalen Phasendifferenzmessers darstellen. Der Ausgang des Haupt-Schalters 8 des Stcuerimpulsverteilers 6 wirkt auf den Addilionscing'iip des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 und der Ausgang des Inverters 7 ist an den ersten Eingang des zusätzlichen Schauers 9 angeschlossen. Der Ausgang des zusätzlichen Schalters 9 wirkt auf den Subtraktionseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3. Die zweiten Eingänge der Schalter 8 und 9 des Steu-

bo erimpulsverteilers 6 siiid miteinander verbunden und an den Ausgang des Impulszählers 4 angeschlossen.

Dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 3 für Bruchteile des Phasenzyklus ist ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler 10 für ganze Phasenzyklen nachgeschaltet, dessen Additiv tions- und Subtraktionseingang an die entsprechenden Ausgänge des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 für Bruchteile des Phasenzyklus angeschlossen sind.

Der digitale Pha.sendiffercnzmesser funktioniert fol-

gendermaßen:

Durch den Kurzimpulsformer 1 werden Kurzimpulse formiert, die der Vorderflanke der Eingangs- Rcchtecksignale entsprechen, die am ersten Eingang des digitalen Phasendifferenzmessers eintreffen. Die Kur/impulsc vom Ausgang des Kurzimpulsformers I öffnen den Schalter 2 für die Zeitdauer eines Kurzimpulses, so daß im Impuls-Zähler 4 der Zahlenwert I eingestellt wird, der im Vorwärts-Rückwärts-Zählcr 3 gespeichert ist und in dessen Informationsausgang ansteht. Nach dem Einspeichern des Zahlenwertes I erfolgt die Rückwärtszählung von 1 Zählimpulsen des Zählimpuls-Gcnerators S, worauf am Ausgang des Impulszähler 4 ein Mangelimpuls formiert wird, der am Schalter 8 und 9 des Steuerimpulsverteilers 6 ankommt und je nachdem, welcher Schalter entsperrt ist. entweder zum Additionseingang oder zum Subsraktionseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 gelangt.

Sobald an einem der Eingänge des Vorwärts- Rückwärts-Zählers 3 ein Mangel-Impuls anliegt, wird der in diesem gespeicherte Wert um 1 verändert, so daß als neuer Wert entweder I +1 oder I — 1 eingestellt wird.

Der Wert 1 des Vorwärts-Rückwärts-Zählcrs 3 muß entsprechend der Änderung der Phasendifferenz verändert werden und dem Wert der zu messenden Phasendifferenz entsprechen.

Es sei angenommen, daß der aktuelle Wert I des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 größer als der Wert der zu messenden Phasendifferenz ist, d. h. 1 > a ist, wobei a der Wert für die zu messende Phasendifferenz ist. Dann wird durch den vom Kurzimpulsformer 1 erzeugten Kurzimpuls, der der Vordcrflanke des Eingangsrcchtecksignals am ersten Eingang entspricht, der Schalter 2 entsperrt, so daß dabei der Wert 1 im Impulszähler 4 eingestellt wird. Im Impulszähler 4 geschieht die Subtraktion der Zählimpulse und am Ausgang des Impulszählers 4 wird ein Mangelimpuls formiert. Auf solche Weise erweist sich die Vorderiianke des Eingangsrechteck-Signals am Eingang des Kurzimpulsformers 1 als phasenverzögert um einen Betrag 1. In diesem Fall hat der Impulszähler die Funktion eines digitalen Phasendrehers.

Die Zeitlage des am Ausgang des Impuls/ählcrs 4 erzeugten Mangel-Impulses fällt hierbei auf die negative Halbwelle des Eingangs-Rechtecksignals. das am Eingang des Steuerimpulsverteilcrs 6 vom zweiten Eingang des Phasendifferenzmessers eintrifft. Der Inverter 7 des Steuerimpulsverteilers 6 wird für diese Zeit ein positives Potential formieren, durch das der zusätzliche Schalter 9 des Steuerimpulsverteilers 6 entsperrt wird. Der Mangel-Impuls vom Ausgang des Impulszählers 4 gelangt über den zusätzlichen Schalter 9 des Sieuerimpulsverteilers 6 zum Subtraktionseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3. so daß der Wert 1 um Eins vermindert wird.

Die aufeinanderfolgende Subtraktion der Eins von dem vorhergehenden Zählwert 1 des Vorwäns-Rückwärts-Zählers 3 erfolgt im Verlauf von π Perioden des zu untersuchenden Signals, wobei n=! — a ist, das heißt, π ist die Größe der Anfangsabweichung des Wertes 1 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 vom Istwert a der Phasendifferenz.

Jetzt sei angenommen, daß der Wert 1 des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 kleiner als der Wen der zu messenden Phasendifferenz, d.h. 1 <a ist. In diesem Falle wird am Ausgang des Impuiszähiers 4 ein Mangel-impuls erzeugt, dessen Zeitlage auf die positive Halbwelie des Eingangsrechteck-Signais fällt, das am Eingang des Stcucrimpulsvcrteilers 6 eintrifft. Dabei ist der Haupt-Schalter 8 des Steuerimpuls-Verteilers 6 entsperrt. Der Mangel-Impuls vom Ausgang des Impulszählers 4 beaufschlagt den Additionseingang des Vorwärts-Rück- wärts-Zählcrs 3, so daß dessen Speicherwert um Eins erhöht wird.

Die aufeinanderfolgende Addition der Eins mit dem vorhergehenden Zählwert 1 des Vorwärts-Rückwärts-Zählurs 3 geschieht während η nachfolgenden Perioden

ίο des zu untersuchenden Signals, wobei n— a— I ist, worin η und a die oben erwähnte Bedeutung haben.

Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 10 für ganze Phascnzyklen erfaßt die Übcrlaufimpulse des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 3 für Bruchteile des Phasenzyklus, so daß auch die Zahl der vollen Phasenzyklen gezählt wird.

Der erfindungsgemäße Phascndifferenzmesser verfolgt die zu messende Phasendifferenz mit einer Geschwindigkeit, die von der Frequenz der zu messenden Eingangsrechtcck-Signale abhängt. Die Verfolgung der zu messenden Phasendifferenz wird immer nach dem kürzesten Weg vorgenommen, d. h. daß die Nachführung dos aktuellen Spcicherinhalts des Vorwärls-Rückwärts-Zählers 3 immer in der Richtung erfolgt, bei der die Anpassung des gespeicherten Wertes an den tatsächlichen Wert der zu messenden Phasendifferenz die kürzeste Zeitdauer in Anspruch nimmt. Dabei ist die Messung von Phasendifferenzen in einem beliebigen Größenbercich möglich.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch: Digitaler Phasendifferenzmesscr mit

- einem Kurzimpuls-Former f Qr Kurzimpulse, die der Vorderflanke der Eingangs-Rcchtecksigna-Ie entsprechen, die den Eingängen des digitalen Phasendifferenzmessers zugeführt werden, deren einer der Eingang dieses Kurzimpuls-Formers ist,

- einem Schalter, dessen Eingang mit dem Ausgang des Kurzimpulsformers verbunden ist,

- einem Impulszähler, dessen Setzeingang an den Ausgang des ersten Schalters angeschlossen ist,

- einem Zählimpulsgenerator, der mit dem Zähleingang des Impulszählers verbunden ist,

- einem Steuerimpulsverteiler, dessen einer Eingang an den Ausgang des Impulszähler angeschlossen ist, und der einen Haupt-Schalter aufweist, dessen erster Eingang mit dem zweiten Eingang des digitalen Phasendifferenzmessers verbunden ist,

- einem Vorwärts-Rückwärts-Zählcr für Bruchteile des Phasenzyklus, dessen Additionseingang mit dem Ausgang des Haupt-Schalters des Steuerimpulsverteilers und dessen Subtraktionseingang mit dem Ausgang dieses Steuerimpuls-Verteilers verbunden ist und

- einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler für ganze Phasenzykien, dessen Additions- und Subtraktionseingang an die jeweiligen Ausgänge des Vorwärts-Rückwärts-Zähicrs für Bruchteile des Phasenzyklus angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daü der Steuerimpulsverteiler(6) enthält:

- einen Inverter (7), dessen Eingang mit dem ersten Eingang des Haupt-Schalters (8) des Steuerimpuls-Verteilers (6) verbunden ist. wobei der Verbindungspunkt unmittelbar den /weiten Eingang des digitalen Phasendifferenzmessers darstellt.

- und einen zusätzlichen Schalter (9), dessen erster Eingang an den Ausgang des Inverters (7), dessen zweiter Eingang an den /weiten Eingang des Hauptschalters (8) und dessen Ausgang angeschlossen ist an den Subtraktionseingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (3) für Bruchteile des Phasenzyklus,

- wobei der Additionseingang dieses Vorwärts-Rückwärts-Zählers (3) für Bruchteile des Phasenzyklus unmittelbar an den Ausgang des Hauptschalters (8) des Steuerirnpulsverteilers (6) angeschlossen ist. und der Informationsausgang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers (3) für Bruchteile des Phasen/.yklus mit dem zweiten Eingang des Schalters (2) verbunden ist,

- der erste Eingang des Schalters (2) unmittelbar an den Ausgang des Kurzimpulsformers (1) angeschlossen ist,

- der Zählimpulsgenerator (5) unmittelbar an den Zähleingang des Inipulszählers (4) angeschlossen ist, welcher als Subiraktionscingang wirkt.

- und der Ausgang des Impulszähler (4) mit dem zweiten Eingang des Hauptschalters (8) in Verbindung steht.

Die Erfindung bezieht sich auf funktechnische Geräte zur Messung der Phasendifferenz von elektrischen Signalen, beispielsweise der Signale von Funknavigationssystemen. Gegenwärtig bemüht man sich um eine Erhöhung der Genauigkeit und Störsicherheit der Empfangs meßgeräte von auf der Messung von Phasendifferenzen beruhenden Funknavigationssystemen. Ein Schritt in diese Richtung war die Entwicklung von digitalen Verfahren und gerätetechnischen Mittein für funklochnisehe Messungen.

Eine große Verbreitung in den Funknavigationssystemen fanden die Kompensationsphasenmesser, deren Grundbauteil ein clcktromechanisches System ist. Jedoch sind die Meßgenauigkeit und Meßsicherheit soleher Phasenmesser gering und durch die Kenndaten der mechanischen Baugruppen (Getriebe, Zahnräder, Zahnrad- und Schneckengetriebe) bestimmt

Sehr kompliziert ist die Verarbeitung direkt eingegebener Informationen vom Phasenmesser in einer elekironischen Rechenanlage. Die zusätzlich zur Umset zung mechanischer Größen in einen Zifferncode erforderlichen mechanischen Umsetzer verschlechtern noch mehr die Meßgenauigkeit des Navigaiionsparameters (der Phasendifferenz).

Eine bekannte Empfangseinrichtung des Loran-Funknavigalionssystems besteht aus Empfängern und einer Anzeigeeinheit, die aii Kompensaiionsphasendifferenzmcsscr unter Verwendung eines Phasendrehers auf der Grundlage eines Selsyns, eines Motors, eines Phasende-K) tektors und eines mechanischen Getriebes ausgeführt sind. Die Eingabe der Werte des Funknavigationsparametcrs in die elektronische Rechcnanlage erfolgt mittels eines Analog-Codc-Umsetzers. Diese Empfangseinrichtung gestattet die Messung von Phasenverschiebungen des Funknavigationssystems, jedoch ist wegen der Anwendung von mechanischen Baugruppen die Meßgcnauigkcil gering.

Aus dem Su 6 17 747 ist ein digitaler Phasendifferenzmcsser bekannt, der zwei Eingangsf'-rmer, deren Ausgängc über zwei entsprechende Schalter mit den Ein gängen eines logischen ODER-Gliedes verbunden sind, einen Zählimpulsgenerator, der an die zweiten Eingänge der Schalter angeschlossen ist, und zwei als Teiler arbeitende Zähler, von welchen der eine ein veränderlichcs Teilungsverhältnis hat und mit den Ausgängen ei nes Vorwärts- und Rückwärtszählers und des logischen ODER-Gliedes verbunden ist, enthält. Der Phasenmesser enthält auch eine Schaltcinhcit, einen Vorwärts- und Rückwärtszähler für ganze Phasenzyklen, eine binäre Phascnquantisierungsvorrichtung, einen Inverter und eine Glcichwertigkeitscinhcit, deren Ausgänge mit den A'isgängen der binären Phasenquaniisierungsvorrichtung und des Vorwärts- und Rückwärtszählers und deren Ausgang mit dem dritten Eingang des ersten Schaltcrs, mit der Schaltcinhcit und über den Inverter mit dem dritten Eingang des zweiten Schalters verbunden sind. Hierbei ist die Schaltcinhcit mit ihren anderen Eingängen an die als Teiler arbeitenden Zähler und mit ihren Ausgängen über den Vorwärts- und Rückwärtsbo zähler an den Vorwärts- und Rückwärtszählcr für ganze Phascnzyklen angeschlossen. Der Zählimpulsgenerator ist an den als Teiler arbeitenden ersten Zähler und die binäre Phasenquantisicrungsvyrrichtung an die zweiten Eingänge der Eingangsformcr angeschlossen. h5 Dieser digitale Phasendifferenzmesscr gestattet es, Änderungen der Phasendifferenz der Eingangssignale in beliebigen Größenbereichen zu verfolgen und eine optimale Verfolgung der Änderung der Eingangsphascndif-