RU2024883C1 - Signal phase meter - Google Patents

Signal phase meter Download PDF

Info

Publication number
RU2024883C1
RU2024883C1 SU4762842A RU2024883C1 RU 2024883 C1 RU2024883 C1 RU 2024883C1 SU 4762842 A SU4762842 A SU 4762842A RU 2024883 C1 RU2024883 C1 RU 2024883C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
scaling unit
integrator
adder
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.И. Богомолов
О.В. Калачев
Original Assignee
Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники filed Critical Томский Институт Автоматизированных Систем Управления И Радиоэлектроники
Priority to SU4762842 priority Critical patent/RU2024883C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2024883C1 publication Critical patent/RU2024883C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: enhanced accuracy of measurement of the radio signal phase is provided by means of excluding the influence of the change of the radio signal mean value on the result of determination of the radio signal phase. Series connected third integrator 7, first scaling unit 8, first summator 3, third scaling unit 4 and first subtracter 5 are introduced between the output of first multiplier 1 and the first input of ratio calculator 17. Series connected fourth integrator 12, second scaling unit 13, second summator 14, sixth scaling unit 19 and second subtracter 16 are introduced between the output of second multiplier 10 and the second input of ratio calculator 17. The second output of the first summator is connected with another input of second subtracter 16 through fourth scaling unit 9; the second output of second summator 14 is connected with another input of first subtracter 3 through fifth scaling unit 15. The second inputs of third 7 and fourth 12 integrators are connected to the synchronization input of the device through series connected delay former 20 and strobe former 21. The output of ratio calculator 17 is connected to the input of arc tangent calculator 18. EFFECT: effective evaluation of the phase of high frequency oscillation of complex form with a small number of periods of high frequency oscillation in a pulse. 2 dwg

Description

Изобретение относится к фазоизмерительной технике и может быть использовано при измерении фазы радиосигнала с изменяющимся значением. The invention relates to a phase measuring technique and can be used in measuring the phase of a radio signal with a changing value.

Известны измерители фазы сигналов, содержащие подключенные к входу устройства: последовательно соединенные перемножитель, интегратор, вход которого является входом устройства, второй вход перемножителя подключен к выходу генератора копии сигнала. Known phase meters of signals containing connected to the input of the device: a series-connected multiplier, an integrator, the input of which is the input of the device, the second input of the multiplier is connected to the output of the signal copy generator.

Однако такие измерители не обеспечивают измерение фазы радиосигнала с быстро изменяющейся амплитудой. However, such meters do not provide a measurement of the phase of a radio signal with a rapidly changing amplitude.

Наиболее близким по технической сущности является измеритель фазы сигналов, содержащий подключенные к входу измерителя последовательно соединенные первый перемножитель, первый интегратор, первый вычислитель отношения, а между входом измерителя и вторым входом вычислителя отношений включены последовательно соединенные второй перемножитель и второй интегратор, вторые входы первого и второго перемножителей подсоединены соответственно к первому и второму выходам генератора копии сигналов, вторые входы первого и второго интеграторов подключены к входу синхронизации устройства, а также содержащий вычислитель arctg, выход которого является выходом измерителя, причем, первый вход делителя соединен со входом вычислителя отношения, второй вход - с выходом блока управления, а выход делителя подключен ко входу вычислителя arctg, первый и второй входы блока управления соединены с третьим и четвертым выходами генератора копии сигналов, третий вход блока управления соединен с выходами синхронизации. The closest in technical essence is a phase meter of signals, containing connected to the input of the meter in series connected to the first multiplier, the first integrator, the first ratio calculator, and between the input of the meter and the second input of the ratio calculator included in series the second multiplier and the second integrator, the second inputs of the first and second multipliers are connected respectively to the first and second outputs of the signal copy generator, the second inputs of the first and second integrators connected to the synchronization input of the device, as well as containing the arctg calculator, the output of which is the output of the meter, moreover, the first input of the divider is connected to the input of the ratio calculator, the second input is connected to the output of the control unit, and the output of the divider is connected to the input of the arctg calculator, the first and second inputs the control unit is connected to the third and fourth outputs of the signal copy generator, the third input of the control unit is connected to the synchronization outputs.

Подобное устройство обеспечивает высокую точность оценки фазы радиоимпульсного сигнала с изменяющейся огибающей амплитуды. Однако, недостатком такого измерителя фазы является увеличение погрешности оценки фазы радиоимпульсного сигнала с изменяющимся средним значением. Так, для сигнала вида
U(t) = S(t)[1 + cos(ω t - φ)], (1) где S(t) - огибающая амплитуды радиосигнала,
ω - частота сигнала,
φ - фаза радиосигнала; оценка фазы сигнала определяется как
φ*= arctg

Figure 00000002
Figure 00000003
K , (2) где
αs =
Figure 00000004
Figure 00000005
S(t) [1+cos(ωt-φ)]sinωtdt =
=
Figure 00000006
Figure 00000007
S(t)sinωtdt +
Figure 00000008
Figure 00000009
S(t)dt +
Figure 00000010
Figure 00000011
S(t)sin2ωtdt +
+
Figure 00000012
Figure 00000013
S(t)cos2ωtdt . (3)
αc =
Figure 00000014
Figure 00000015
S(t)cosωtdt +
Figure 00000016
Figure 00000017
S(t)dt -
Figure 00000018
Figure 00000019
S(t) ×
× cos2ωtdt +
Figure 00000020
Figure 00000021
S(t)sin2ωtdt . (4)
K = [∫ S2(t)(1-cos2ωt)dt]/[∫ S2(t)(1+cos2ωt)dt] , (5) таким образом,
αs = sin φ (A + C) + D + Bcos φ; (6)
α c = cos φ (A - C) + E + Bsin φ, (7) где
B =
Figure 00000022
Figure 00000023
S(t)sin2ωtdt ; A =
Figure 00000024
Figure 00000025
S(t)dt ; (8)
C =
Figure 00000026
Figure 00000027
S(t)cos2ωtdt ; (9)
D =
Figure 00000028
Figure 00000029
S(t)sinωtdt ; (10)
E =
Figure 00000030
Figure 00000031
S(t)cosωtdt , (11) тогда
φ* = arctg
Figure 00000032
/ K . (12)
Решим интегралы (7), (8), (9), (10), (11) и вычислим А, В, С, D, Е.Such a device provides high accuracy in estimating the phase of a radio pulse signal with a varying envelope of amplitude. However, the disadvantage of such a phase meter is an increase in the error in estimating the phase of the radio pulse signal with a varying average value. So, for a signal of the form
U (t) = S (t) [1 + cos (ω t - φ)], (1) where S (t) is the envelope of the amplitude of the radio signal,
ω is the signal frequency,
φ is the phase of the radio signal; signal phase estimate is defined as
φ * = arctg
Figure 00000002
Figure 00000003
K, (2) where
α s =
Figure 00000004
Figure 00000005
S (t) [1 + cos (ωt-φ)] sinωtdt =
=
Figure 00000006
Figure 00000007
S (t) sinωtdt +
Figure 00000008
Figure 00000009
S (t) dt +
Figure 00000010
Figure 00000011
S (t) sin2ωtdt +
+
Figure 00000012
Figure 00000013
S (t) cos2ωtdt. (3)
α c =
Figure 00000014
Figure 00000015
S (t) cosωtdt +
Figure 00000016
Figure 00000017
S (t) dt -
Figure 00000018
Figure 00000019
S (t) ×
× cos2ωtdt +
Figure 00000020
Figure 00000021
S (t) sin2ωtdt. (4)
K = [∫ S 2 (t) (1-cos2ωt) dt] / [∫ S 2 (t) (1 + cos2ωt) dt], (5) so
α s = sin φ (A + C) + D + Bcos φ; (6)
α c = cos φ (A - C) + E + Bsin φ, (7) where
B =
Figure 00000022
Figure 00000023
S (t) sin2ωtdt; A =
Figure 00000024
Figure 00000025
S (t) dt; (8)
C =
Figure 00000026
Figure 00000027
S (t) cos2ωtdt; (9)
D =
Figure 00000028
Figure 00000029
S (t) sinωtdt; (10)
E =
Figure 00000030
Figure 00000031
S (t) cosωtdt, (11) then
φ * = arctg
Figure 00000032
/ K. (12)
We solve the integrals (7), (8), (9), (10), (11) and calculate A, B, C, D, E.

Видно, что В и D равны "0", тогда подынтегральные функции нечетные при четной S(t). It can be seen that B and D are equal to "0", then the integrands are odd for even S (t).

Вычислим А, например, при S(t) = cosj ωt. We calculate A, for example, for S (t) = cosj ωt.

A =

Figure 00000033
Figure 00000034
S(t)dt =
Figure 00000035
Figure 00000036
cosjωtdt =
Figure 00000037
Figure 00000038
=
=
Figure 00000039
=
Figure 00000040
= 0,45 ;
C =
Figure 00000041
Figure 00000042
cosjωtcos2ωtdt =
Figure 00000043
Figure 00000044
[cos(jωt+2ωt)+cos(jωt-2ωt)]dt =
=
Figure 00000045
+
Figure 00000046
=
Figure 00000047
Figure 00000048
+
Figure 00000049
=
Figure 00000050
+
Figure 00000051
=
E =
Figure 00000052
Figure 00000053
cosjωtcosωtdt =
Figure 00000054
Figure 00000055
[cos(jωt+ωt)+cos(jωt-ωt)]dt =
=
Figure 00000056
-
Figure 00000057
+
Figure 00000058
= 0,06 ;
K =
Figure 00000059
=
=
Figure 00000060
=
Figure 00000061
Figure 00000062
=
А = 0,45
С = -0,014
Е = 0,06
К = 0,86, где φ - оценка фазы.A =
Figure 00000033
Figure 00000034
S (t) dt =
Figure 00000035
Figure 00000036
cosjωtdt =
Figure 00000037
Figure 00000038
=
=
Figure 00000039
=
Figure 00000040
= 0.45;
C =
Figure 00000041
Figure 00000042
cosjωtcos2ωtdt =
Figure 00000043
Figure 00000044
[cos (jωt + 2ωt) + cos (jωt-2ωt)] dt =
=
Figure 00000045
+
Figure 00000046
=
Figure 00000047
Figure 00000048
+
Figure 00000049
=
Figure 00000050
+
Figure 00000051
=
E =
Figure 00000052
Figure 00000053
cosjωtcosωtdt =
Figure 00000054
Figure 00000055
[cos (jωt + ωt) + cos (jωt-ωt)] dt =
=
Figure 00000056
-
Figure 00000057
+
Figure 00000058
= 0.06;
K =
Figure 00000059
=
=
Figure 00000060
=
Figure 00000061
Figure 00000062
=
A = 0.45
C = -0.014
E = 0.06
K = 0.86, where φ is the phase estimate.

При S(t) = cosj ωt; j ωT =

Figure 00000063
; j =
Figure 00000064
оценка фазы для различных значений φ приведена в таблице.For S (t) = cosj ωt; j ωT =
Figure 00000063
; j =
Figure 00000064
phase estimation for various values of φ is given in the table.

Таким образом, прототип обеспечивает точность погрешности оценки фазы φ*, равной 6,7о.Thus, the prototype ensures the accuracy of the error in estimating the phase φ * equal to 6.7 about .

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения фазы радиосигнала с изменяющимся средним значением. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the phase of a radio signal with a changing average value.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель фазы, содержащий подключенные к сигнальному входу первые входы первого и второго перемножителей, вторые входы которых соединены с генератором копии сигналов, выходы перемножителей соединены с первыми входами первого и второго интеграторов, вторые входы которых соединены с входом синхронизации устройства, а также вычислитель отношений и вычислитель арктангенса, выход которого является выходом всего устройства, дополнительно введены третий и четвертый интеграторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки масштабирования, первый и второй сумматоры, первый и второй вычитатели, формирователь задержки, формирователь строба, причем к входу синхронизации устройства подключен входом формирователь задержки, выход которого через формирователь строба подключен к вторым входам третьего и четвертого интеграторов, первые входы которых соединены с выходами перемножителей соответственно, а выходы третьего и четвертого интеграторов через первый и второй блоки масштабирования соединены с одним из входов соответственно первого и второго сумматоров, другие входы которых подключены к выходам первого и второго интеграторов, первый выход первого сумматора через третий блок масштабирования соединен с первым входом первого вычитателя,второй выход первого сумматора через четвертый блок масштабирования соединен с первым входом второго вычитателя, первый выход второго сумматора через шестой блок масштабирования соединен с вторым входом второго вычитателя, а второй выход второго сумматора через пятый блок масштабирования соединен с вторым входом первого вычитателя, а выходы вычитателей соединены с входами вычислителя отношений, а выход вычислителя арктангенса подключен к входу вычислителя отношений. This goal is achieved in that the phase meter, containing connected to the signal input of the first inputs of the first and second multipliers, the second inputs of which are connected to the signal copy generator, the outputs of the multipliers are connected to the first inputs of the first and second integrators, the second inputs of which are connected to the synchronization input of the device, as well as a relationship calculator and an arc tangent calculator, the output of which is the output of the entire device, the third and fourth integrators, the first, second, third th, fourth, fifth and sixth scaling blocks, first and second adders, first and second subtractors, a delay driver, a gate driver, and a delay driver is connected to the device’s synchronization input, the output of which through the gate driver is connected to the second inputs of the third and fourth integrators, the first inputs of which are connected to the outputs of the multipliers, respectively, and the outputs of the third and fourth integrators through the first and second scaling units are connected to one of the inputs respectively The first and second adders, the other inputs of which are connected to the outputs of the first and second integrators, the first output of the first adder through the third scaling unit is connected to the first input of the first subtractor, the second output of the first adder through the fourth scaling unit is connected to the first input of the second subtractor, the first output of the second the adder through the sixth scaling unit is connected to the second input of the second subtractor, and the second output of the second adder through the fifth scaling unit is connected to the second input of the first about the subtractor, and the outputs of the subtractors are connected to the inputs of the relations calculator, and the output of the arc tangent calculator is connected to the input of the relations calculator.

Вновь введенные узлы (два интегратора, шесть блоков масштабирования, два сумматора, два вычитателя, формирователь задержки, формирователь строба) выполняют присущие им функции, что в совокупности с другими заявляемыми признаками позволяют исключить влияние изменения среднего значения радиосигнала на результат определения фазы радиосигнала, тем самым повысить точность измерения фазы радиосигнала. The newly introduced nodes (two integrators, six scaling units, two adders, two subtractors, a delay shaper, a gate shaper) perform their inherent functions, which, together with other claimed features, make it possible to exclude the effect of changing the average value of the radio signal on the result of determining the phase of the radio signal, thereby to increase the accuracy of measuring the phase of the radio signal.

Достижение такого положительного эффекта не вытекает из известных авторам технических решений, поэтому считаем заявляемое техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". The achievement of such a positive effect does not follow from the technical solutions known to the authors, therefore, we consider the claimed technical solution to meet the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - структурная схема генератора копии сигнала. In FIG. 1 presents a structural diagram of the inventive device; in FIG. 2 is a block diagram of a signal copy generator.

Устройство содержит перемножитель 1, интегратор 2, сумматор 3, блок 4 масштабирования, вычитатель 5, генератор 6 копии сигналов, интегратор 7, блоки 8, 9 масштабирования, перемножитель 10, интеграторы 11, 12, блок 13 масштабирования, сумматор 14, блок 15 масштабирования, вычитатель 16, вычислитель 17 отношения, вычислитель 18 арктангенса, блок 19 масштабирования, формирователь 20 задержки, формирователь 21 строба. Генератор 6 копии сигнала может быть выполнен по схеме, содержащей генератор 22 модулируемого сигнала, генератор 23 модулирующего сигнала и модуляторов 24, 25. The device comprises a multiplier 1, an integrator 2, an adder 3, a scaling unit 4, a subtractor 5, a signal copy generator 6, an integrator 7, scaling units 8, 9, a multiplier 10, integrators 11, 12, a scaling unit 13, an adder 14, a scaling unit 15 , a subtractor 16, a ratio calculator 17, an arctangent calculator 18, a scaling unit 19, a delay driver 20, a gate driver 21. The signal copy generator 6 may be performed according to a circuit comprising a modulated signal generator 22, a modulating signal generator 23, and modulators 24, 25.

Устройство содержит подключенные к входу устройства последовательно соединенные перемножитель 1, интегратор 2, а также подключенный к входу устройства перемножитель 10 и интегратор 11, кроме того последовательно соединенные вычислитель 17 отношения и вычислитель 18 арктангенса, выход которого является выходом устройства, а также генератор 6 копии сигналов, выходы которого присоединены соответственно к вторым входам перемножителей 1, 10, кроме того вторые входы интеграторов 2, 11 подключены к входу синхронизации устройства, а также последовательно соединенные формирователь 20 задержки и формирователь 21 строба так, что первый вход интегратора 7 подключен к выходу перемножителя 1, второй вход интегратора 7 подключен к выходу формирователя 21 строба, а выход подключен к входу блока 8 масштабирования, выходом подключенного к первому входу сумматора 3, второй вход которого соединен с выходом интегратора 2, а выход сумматора 3 соединен с входом блока 4 масштабирования, выходом подключенного к первому входу вычитателя 5, второй вход которого соединен с выходом блока 15 масштабирования, входом подключенного к выходу сумматора 14, причем первый вход сумматора 14 подключен к выходу блока 13 масштабирования, входом соединенного с выходом интегратора 12, первый вход которого подключен к выходу перемножителя 10, а второй вход - к выходу формирователя 21 строба, входом подключенного к выходу формирователя 20 задержки, вход которого соединен с входом синхронизации устройства, причем выход вычитателя 5 подключен к первому входу вычитателя 17 отношения, второй вход которого соединен с выходом вычитателя 16, первый вход которого подключен к выходу блока масштабирования 9, входом подключенного к выходу сумматора 3, а второй вход соединен с выходом блока 19 масштабирования, выходом подключенного к выходу сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом интегратора 11. The device comprises a multiplier 1 connected to the input of the device, an integrator 2, and a multiplier 10 and an integrator 11 connected to the input of the device, in addition, a ratio calculator 17 and an arctangent calculator 18, the output of which is the output of the device, as well as a signal copy generator 6 the outputs of which are connected respectively to the second inputs of the multipliers 1, 10, in addition, the second inputs of the integrators 2, 11 are connected to the synchronization input of the device, as well as the delay driver 20 and the gate driver 21 are connected so that the first input of the integrator 7 is connected to the output of the multiplier 1, the second input of the integrator 7 is connected to the output of the gate driver 21, and the output is connected to the input of the scaling unit 8, the output connected to the first input of the adder 3, the second input of which is connected to the output of the integrator 2, and the output of the adder 3 is connected to the input of the scaling unit 4, the output connected to the first input of the subtractor 5, the second input of which is connected to the output of the scaling unit 15, the input m connected to the output of the adder 14, and the first input of the adder 14 is connected to the output of the scaling unit 13, the input connected to the output of the integrator 12, the first input of which is connected to the output of the multiplier 10, and the second input to the output of the gate driver 21, the input connected to the output of the shaper 20 delay, the input of which is connected to the synchronization input of the device, and the output of the subtractor 5 is connected to the first input of the subtractor 17 of the relationship, the second input of which is connected to the output of the subtractor 16, the first input of which is connected to the output an ode to the scaling unit 9, the input connected to the output of the adder 3, and the second input connected to the output of the scaling unit 19, the output connected to the output of the adder 14, the second input of which is connected to the output of the integrator 11.

Генератор 6 копии сигналов может быть выполнен по структурной схеме (фиг. 2), где генератор 22 модулируемого сигнала, генератор 23 модулирующего сигнала, модуляторы 24 и 25 выполнены по известным схемам. Выходами генератора 6 копии сигналов являются выходы модуляторов 24, 25, приведенных на фиг. 2. The signal copy generator 6 can be performed according to the block diagram (Fig. 2), where the modulated signal generator 22, the modulating signal generator 23, the modulators 24 and 25 are made according to known schemes. The outputs of the signal copy generator 6 are the outputs of the modulators 24, 25 shown in FIG. 2.

Формирователи задержки и формирователь строба могут быть реализованы на микросхеме К155АГ3. The delay formers and the gate driver can be implemented on the K155AG3 chip.

Перемножители 1 и 10, интеграторы 2, 7, 11, 12, вычислитель 18 arctg, сумматоры 3 и 14, вычитатели 5 и 16, блоки масштабирования 4, 8, 9, 13, 15, 19, вычислитель отношения 17 могут быть выполнены по известным схемам. Multipliers 1 and 10, integrators 2, 7, 11, 12, calculator 18 arctg, adders 3 and 14, subtractors 5 and 16, scaling units 4, 8, 9, 13, 15, 19, calculator relations 17 can be performed according to known schemes.

Устройство работает следующим образом. На сигнальный вход устройства поступает сигнал вида (1), фазу φ которого надо определитель. С приходом сигнала (начало измерения) на входе синхронизации устройства производится обнуление интеграторов 2, 7, 11, 12. The device operates as follows. A signal of the form (1), the phase φ of which a determinant is needed, is fed to the signal input of the device. With the arrival of a signal (start of measurement) at the synchronization input of the device, integrators 2, 7, 11, 12 are reset.

Под "входом синхронизации" устройства понимается вход, на который поступают синхроимпульсы с внешнего устройства, определяющие момент начала и длительность работы интеграторов Т = 2 π n/ ω, n = 1, 2, 3 (интервал анализа принимаемого сигнала). Under the "synchronization input" of the device is meant the input to which the clock pulses from an external device are received, which determine the start time and duration of the operation of the integrators T = 2 π n / ω, n = 1, 2, 3 (the interval of analysis of the received signal).

На первые входы перемножителей 1, 10 поступают радиосигнал (1). До прихода синхроимпульса интеграторы обнулены и не интегрируют, после поступления синхроимпульса на интеграторах идет накопление информации за время Т на интеграторах 2, 11, и за время Т1 на интеграторах 7, 12. В известных измерителях фазы сигналов не показан явно вход синхронизации, но нормальное функционирование устройства предполагает, что интегрирование информации, поступающей на интеграторы, производится за интервалы времени Т и Т1, определяемый временем наблюдения принимаемого радиосигнала. Так как подобные устройства работают с сигналами, ограниченными во времени, то для синхронизации работы узлов с внешнего устройства поступает сигнал синхронизации "Начало измерения".The first inputs of the multipliers 1, 10 receive the radio signal (1). Before the arrival of the clock pulse, the integrators are zeroed and do not integrate, after the arrival of the clock pulse on the integrators, information is accumulated during the time T on the integrators 2, 11, and during the time T 1 on the integrators 7, 12. The synchronization input is not shown explicitly in the known phase meters, but the normal the functioning of the device assumes that the integration of the information received by the integrators is performed over time intervals T and T 1 , determined by the time of observation of the received radio signal. Since such devices work with time-limited signals, a synchronization signal “Begin measurement” is received from the external device to synchronize the operation of nodes.

На гетеродинные входы перемножителей 1 и 10 с выходов генератора 6 копии сигналов поступают ортогональные составляющие копии сигнала соответственно вида
Uвх1 = S(t)sinω t,
Uвх10 = S(t)cos ωt.The heterodyne inputs of the multipliers 1 and 10 from the outputs of the generator 6 of the signal copy receive the orthogonal components of the signal copy, respectively, of the form
U in1 = S (t) sinω t,
U in10 = S (t) cos ωt.

После перемножения и интегрирования сигналы поступают на входы сумматоров 3 и 14, на выходах которых формируются напряжения вида соответственно
αs 3 = αs + k1 αs1 = [(A + C) +
+ k1(A1 + C1)]sin φ + D + k1D1 + (13)
+ (B + k1B1)cos φ ,
αc 14 = αc + k2 αc1 = [(A - C) +
+ k2(A1 + C1)]cos φ + E + (14)
+ k2E4 + (B1 + k2B1)sin φ , где k1 и k2 - соответственно, коэффициенты блоков масштабирования 8 и 13.After multiplication and integration, the signals are fed to the inputs of adders 3 and 14, at the outputs of which voltages of the form are formed, respectively
α s 3 = α s + k 1 α s1 = [(A + C) +
+ k 1 (A 1 + C 1 )] sin φ + D + k 1 D 1 + (13)
+ (B + k 1 B 1 ) cos φ,
α c 14 = α c + k 2 α c1 = [(A - C) +
+ k 2 (A 1 + C 1 )] cos φ + E + (14)
+ k 2 E 4 + (B 1 + k 2 B 1 ) sin φ, where k 1 and k 2 are, respectively, the scaling block coefficients are 8 and 13.

Коэффициенты k1 и k2 выбираются таким образом, чтобы удовлетворить следующим отношениям
k1= -

Figure 00000065
; (15)
k2= -
Figure 00000066
. (16)
Причем коэффициенты k1 и k2 - величины постоянные для конкретного вида огибающей сигнала S(t) на интервалах времени Т и Т1 и характеризует отношение синус-(косинус-) Фурье-преобразований огибающей S(t) на этих интервалах времени. Эти коэффициенты во время обработки сигнала с определенной огибающей S(t) не изменяются, но при изменении вида огибающей эти коэффициенты принимают другое значение. Выбор этих коэффициентов основан на априорном знании огибающей сигнала S(t), они вычисляются и устанавливаются перед измерениями и в устройстве в процессе измерений не контролируются.The coefficients k 1 and k 2 are selected in such a way as to satisfy the following relations
k 1 = -
Figure 00000065
; (fifteen)
k 2 = -
Figure 00000066
. (sixteen)
Moreover, the coefficients k 1 and k 2 are constant values for a particular type of signal envelope S (t) at time intervals T and T 1 and characterizes the ratio of the sine (cosine) Fourier transforms of the envelope S (t) at these time intervals. These coefficients do not change during signal processing with a certain envelope S (t), but when the type of envelope changes, these coefficients take a different value. The selection of these coefficients is based on a priori knowledge of the signal envelope S (t), they are calculated and set before measurements and are not controlled in the device during measurements.

Напряжения на выходе интеграторов 7 и 12 к концу интервала интегрирования Т1 имеет вид
U

Figure 00000067
= αs1= sinφ(A1+C1)+D1+B1cosφ ;
U
Figure 00000068
= αc1= cosφ(A1-C1)+E1+B1sinφ , где
A1=
Figure 00000069
Figure 00000070
S(t)dt ; (17)
B1=
Figure 00000071
Figure 00000072
S(t)sin2ωtdt ; (18)
C1=
Figure 00000073
Figure 00000074
S(t)cos2ωtdt ; (19)
D1=
Figure 00000075
Figure 00000076
S(t)sinωtdt ; (20)
E1=
Figure 00000077
Figure 00000078
S(t)cosωtdt (21)
С учетом (13), (14), (15), (16) можно записать:
М = (A + C) + k1(A1 + C1); (22)
N = B + k1B1; (23)
P = (A - C) + k1(A1 - C1); (24)
Q = B + k2B1; (25) тогда
αs 3 = αs + k1 αs1 =
= Msin φ + D + k1D1 + Ncos φ, (26)
αc 14 = αc + k2 αc1 =
= Pcos φ+ E + k2E1 + Qsin φ, (27) где коэффициенты М, N, P, Q являются коэффициентами передачи блоков масштабирования, соответственно, 19, 15, 4, 9.The voltage at the output of the integrators 7 and 12 to the end of the integration interval T 1 has the form
U
Figure 00000067
= α s1 = sinφ (A 1 + C 1 ) + D 1 + B 1 cosφ;
U
Figure 00000068
= α c1 = cosφ (A 1 -C 1 ) + E 1 + B 1 sinφ, where
A 1 =
Figure 00000069
Figure 00000070
S (t) dt; (17)
B 1 =
Figure 00000071
Figure 00000072
S (t) sin2ωtdt; (eighteen)
C 1 =
Figure 00000073
Figure 00000074
S (t) cos2ωtdt; (nineteen)
D 1 =
Figure 00000075
Figure 00000076
S (t) sinωtdt; (twenty)
E 1 =
Figure 00000077
Figure 00000078
S (t) cosωtdt (21)
Taking into account (13), (14), (15), (16), we can write:
M = (A + C) + k 1 (A 1 + C 1 ); (22)
N = B + k 1 B 1 ; (23)
P = (A - C) + k 1 (A 1 - C 1 ); (24)
Q = B + k 2 B 1 ; (25) then
α s 3 = α s + k 1 α s1 =
= Msin φ + D + k 1 D 1 + Ncos φ, (26)
α c 14 = α c + k 2 α c1 =
= Pcos φ + E + k 2 E 1 + Qsin φ, (27) where the coefficients M, N, P, Q are the transmission coefficients of the scaling units, respectively, 19, 15, 4, 9.

При выполнении соотношений (15), (16) (с учетом (20), (21)) выражения (26), (27) могут быть записаны
αs 3 = Msin φ + Ncos φ, (28)
αc 14 = Pcos φ + Qsin φ. (29)
Практически величина интервала времени Т1 внутри интервала обработки Т выбирается следующим образом. На первом этапе выбирается интервал времени Т1, меньший интервала обработки на один период высокочастотного заполнения радиосигнала, т. е. Т1 = Т - 2 π / ω. Затем вычисляют коэффициенты (20), (21) для этого интервала и сравнивают знаки этих коэффициентов со знаками коэффициентов (10), (11). Выбор интервала Т1 заканчивается, если противоположны знаки коэффициентов (10) и (20), а также (11) и (21). Если же какой либо из знаков коэффициентов D1 и Е1оказывается не противоположным знакам коэффициентов, соответственно D и Е, изменяют интервал времени Т1 и второе значение интервала Т1 получают уменьшением интервала обработки Т на два периода высокочастотного заполнения радиосигнала. Затем повторяют вычисление коэффициентов (20), (21) и, если их знаки противоположны знакам коэффициентов (10), (11), выбор интервала Т1 заканчивают. В противном случае для получения интервала Т1 уменьшают интервал обработки еще на один период высокочастотного заполнения и повторяют вычисления соответствующих коэффициентов, и т.д.When relations (15), (16) are fulfilled (taking into account (20), (21)), expressions (26), (27) can be written
α s 3 = Msin φ + Ncos φ, (28)
α c 14 = Pcos φ + Qsin φ. (29)
In practice, the value of the time interval T 1 within the processing interval T is selected as follows. At the first stage, a time interval T 1 is selected that is shorter than the processing interval by one period of high-frequency filling of the radio signal, i.e., T 1 = T - 2 π / ω. Then, the coefficients (20), (21) for this interval are calculated and the signs of these coefficients are compared with the signs of the coefficients (10), (11). The choice of the interval T 1 ends if the signs of the coefficients (10) and (20) are opposite, as well as (11) and (21). If any of the signs of the coefficients D 1 and E 1 is not opposite signs of the coefficients, respectively, D and E change the time interval T 1 and the second value of the interval T 1 obtained reduction processing interval T into two high-frequency radio signal period. Then, the calculation of the coefficients (20), (21) is repeated, and if their signs are opposite to the signs of the coefficients (10), (11), the choice of the interval T 1 is completed. Otherwise, to obtain the interval T 1 reduce the processing interval for another period of high-frequency filling and repeat the calculation of the corresponding coefficients, etc.

Выбор и установка интервала Т1, а также коэффициентов k1 (15) и k2(16) осуществляется перед измерением по известным априори характеристикам принимаемого сигнала, в частности, формы огибающей S(t), частоты заполнения ω . Таким образом, обеспечивается обработка сигнала, близкая к оптимальной, и в конечном итоге обеспечивается возможность перехода от соотношений (26), (27) к соотношениям соответственно (28), (29).The selection and installation of the interval T 1 , as well as the coefficients k 1 (15) and k 2 (16), is carried out before measurement according to a priori known characteristics of the received signal, in particular, the shape of the envelope S (t), the filling frequency ω. Thus, signal processing close to optimal is provided, and ultimately, the possibility of transition from relations (26), (27) to relations (28), (29), respectively, is provided.

Учитывая, что коэффициент передачи блока 4 масштабирования равен Р, блока 15 равен N, блока 19 равен М, блока 9 равен Q, поэтому на выходе вычитателя 5 формируется сигнал
U5 = U3P - U14N = αs 3P - αc 14N, (30) а на выходе вычитателя 16 формируется сигнал
U16 = U14M - U3Q = αc 14M - αs 3Q. (31)
Следовательно, на выходе вычислителя 17 отношения формируется сигнал
U17=

Figure 00000079
=
Figure 00000080
. (32)
С учетом выражений (28) и (29) соотношение (32) преобразуется к виду
U17=
Figure 00000081
=
=
Figure 00000082
= tgφ . (33)
При этом на выходе вычислителя 18 arctg будет сформирована несмещенная оценка фазы
φ* = arctg(tg φ). (34)
Следовательно, введение двух интеграторов, шести блоков масштабирования, двух сумматоров, двух вычитателей, формирователя задержки, формирователя строба позволяет полностью исключить составляющую погрешность оценки фазы, обусловленную наличием изменяющегося среднего значения радиосигнала.Given that the transmission coefficient of scaling unit 4 is P, block 15 is N, block 19 is M, block 9 is Q, so a signal is generated at the output of subtractor 5
U 5 = U 3 P - U 14 N = α s 3 P - α c 14 N, (30) and a signal is generated at the output of the subtractor 16
U 16 = U 14 M - U 3 Q = α c 14 M - α s 3 Q. (31)
Therefore, at the output of the ratio calculator 17, a signal
U 17 =
Figure 00000079
=
Figure 00000080
. (32)
In view of expressions (28) and (29), relation (32) is transformed to the form
U 17 =
Figure 00000081
=
=
Figure 00000082
= tgφ. (33)
In this case, an unbiased phase estimate will be generated at the output of the calculator 18 arctg
φ * = arctan (tan φ). (34)
Therefore, the introduction of two integrators, six scaling units, two adders, two subtractors, a delay shaper, a strobe shaper completely eliminates the component error of the phase estimate due to the presence of a varying average value of the radio signal.

Сравнение предлагаемого устройства с известными показывает, что в предлагаемом устройстве полностью исключена погрешность оценки фазы φ*, обусловленная наличием среднего значения радиосигнала. Comparison of the proposed device with the known shows that in the proposed device the phase estimation error φ * due to the presence of the average value of the radio signal is completely excluded.

В то же время аналоги обеспечивают точность не лучше φ - φ* = 6,7о.At the same time, analogues provide accuracy no better than φ - φ * = 6.7 about .

Claims (1)

ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ СИГНАЛОВ, содержащий подключенные к входу измерителя последовательно соединенные первый перемножитель и первый интегратор, а также подключенные к входу измерителя второй перемножитель и второй интегратор и, кроме того, вычислитель отношения и вычислитель арктангенса, выход которого является выходом измерителя фазы, а также генератор копии сигналов, выходы которого присоединены соответственно к вторым входам первого и второго перемножителей, вторые входы первого и второго интеграторов подключены к входу синхронизации измерителя фазы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазы радиосигнала с изменяющимся средним значением, введены третий и четвертый интеграторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой блоки масштабирования, первый и второй сумматоры, первый и второй вычитатели, а также подключенные к входу синхронизации измерителя фазы последовательно соединенные формирователь задержки и формирователь строба, причем первый вход третьего интегратора подключен к выходу первого перемножителя, второй вход третьего интегратора подключен к выходу формирователя строба, а выход третьего интегратора подключен к входу первого блока масштабирования, выходом подключенного к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого интегратора, а выход первого сумматора соединен с входом третьего блока масштабирования, выходом подключенного к первому входу первого вычитателя, второй вход которого соединен с выходом пятого блока масштабирования, входом подключенного к выходу второго сумматора, причем первый вход второго сумматора подключен к выходу второго блока масштабирования, входом соединенного с выходом четвертого интегратора, первый вход которого подключен к выходу второго перемножителя, а второй вход - к выходу формирователя строба, причем выход первого вычитателя подключен к первому входу вычислителя отношений, второй вход которого соединен с выходом второго вычитателя, первый вход которого подключен к выходу четвертого блока масштабирования, входом подключенного к выходу первого сумматора, а второй вход второго вычитателя соединен с выходом шестого блока масштабирования, входом подключенного к выходу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, а вычислитель арктангенса подключен к выходу вычислителя отношений. A SIGNAL PHASE METER, comprising a first multiplier and a first integrator connected to the meter input, as well as a second multiplier and a second integrator connected to the meter input, and, furthermore, a ratio calculator and an arctangent calculator, the output of which is the output of a phase meter, as well as a copy generator signals whose outputs are connected respectively to the second inputs of the first and second multipliers, the second inputs of the first and second integrators are connected to the synchronization input a phase meter, characterized in that, in order to improve the accuracy of measuring the phase of the radio signal with a changing average value, the third and fourth integrators, the first, second, third, fourth, fifth, sixth scaling units, the first and second adders, the first and second subtractors, as well as series-connected delay shaper and strobe driver connected to the phase meter synchronization input, the first input of the third integrator connected to the output of the first multiplier, the second input of the third integr the ator is connected to the output of the gate driver, and the output of the third integrator is connected to the input of the first scaling unit, the output connected to the first input of the first adder, the second input of which is connected to the output of the first integrator, and the output of the first adder is connected to the input of the third scaling unit, the output connected to the first the input of the first subtractor, the second input of which is connected to the output of the fifth scaling unit, the input connected to the output of the second adder, and the first input of the second adder is connected it is output of the second scaling unit, the input connected to the output of the fourth integrator, the first input of which is connected to the output of the second multiplier, and the second input to the output of the gate former, and the output of the first subtractor is connected to the first input of the ratio calculator, the second input of which is connected to the output of the second a subtractor, the first input of which is connected to the output of the fourth scaling unit, the input connected to the output of the first adder, and the second input of the second subtractor is connected to the output of the sixth block m scaling, the input connected to the output of the second adder, the second input of which is connected to the output of the second integrator, and the arctangent calculator is connected to the output of the ratio calculator.
SU4762842 1989-11-23 1989-11-23 Signal phase meter RU2024883C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4762842 RU2024883C1 (en) 1989-11-23 1989-11-23 Signal phase meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4762842 RU2024883C1 (en) 1989-11-23 1989-11-23 Signal phase meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2024883C1 true RU2024883C1 (en) 1994-12-15

Family

ID=21481445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4762842 RU2024883C1 (en) 1989-11-23 1989-11-23 Signal phase meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2024883C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1506379, кл. G 01R 25/00, 1987. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR860000544A (en) Level measuring device using microwave
RU2024883C1 (en) Signal phase meter
US3924183A (en) Frequency measurement by coincidence detection with standard frequency
JP2003157142A (en) Phase digitizer
JP3099327B2 (en) Phase measurement circuit
US4181949A (en) Method of and apparatus for phase-sensitive detection
JPH0262186B2 (en)
RU2225012C2 (en) Phase-meter
JPH01182784A (en) Laser doppler speedometer
RU2339925C1 (en) Pressure remote measuring device
RU2041471C1 (en) Device for determining phase ratio of two sine-wave signals
RU2035743C1 (en) Method for determining phase-quadrature sine-wave signals
RU2090897C1 (en) Sine-wave signal frequency measurement technique
JP2795443B2 (en) Processing method of position detection signal
RU2127867C1 (en) Method of dynamic measurement of angular displacements
SU748868A1 (en) Method of experimental determination of dynamic characteristics of voltage to frequency converters
RU2099719C1 (en) Meter of parameters of linear frequency-modulated signals
RU2046360C1 (en) Device for measuring phase shift between two signals
RU2036478C1 (en) Device to determine quadrature phase shifts of sinusoidal signals
RU1831687C (en) Method for measurement of phase shift of two sinusoidal signals
SU953590A1 (en) Phase shift to voltage converter
RU2037831C1 (en) Method of measuring phase relations between two sinusoidal signals
RU2037833C1 (en) Device for measuring phase shifts of signals with known amplitude relations
RU2039987C1 (en) Method of determination of valve and velocity of movement
RU2001409C1 (en) Device for determining phase relation of two sine-wave signals