RU2187140C2 - Digital device for adaptive correction of quadrature demodulators - Google Patents
Digital device for adaptive correction of quadrature demodulators Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187140C2 RU2187140C2 RU2000115269A RU2000115269A RU2187140C2 RU 2187140 C2 RU2187140 C2 RU 2187140C2 RU 2000115269 A RU2000115269 A RU 2000115269A RU 2000115269 A RU2000115269 A RU 2000115269A RU 2187140 C2 RU2187140 C2 RU 2187140C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- digital
- output
- outputs
- inputs
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти применение для адаптивной коррекции параметров динамических характеристик сложных нелинейных и нестационарных радиотехнических устройств и систем, содержащих радиокомпоненты как с аналоговыми, так и с цифровыми сигналами, например квадратурный демодулятор с АЦП на выходе, который широко используется в радиолокационных системах, пеленгаторах и гидролокационных системах с фазированными антенными решетками. The invention relates to radio measurement technology and can find application for adaptive correction of dynamic parameters of complex non-linear and non-stationary radio devices and systems containing radio components with both analog and digital signals, for example, a quadrature demodulator with ADC at the output, which is widely used in radar systems direction finders and sonar systems with phased antenna arrays.
Известны способ и устройства для измерения и коррекции цифровыми методами синфазного и квадратурного радиотехнического канала [1, 2, 3, 4]. A known method and device for measuring and correcting digital methods in-phase and quadrature radio channel [1, 2, 3, 4].
При нестабильности динамических характеристик радиолокационных станций, например АЧХ и ФЧХ, в цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов [5], содержащее блоки прямого дискретного преобразования Фурье ДПФ (БПФ) и блок обратного дискретного преобразования Фурье ОДПФ (ОБПФ), дополнительно вводили блок цифрового формирования однополосного импульсного видеосигнала ЦФОИВС, содержащий внеполосный фазовращатель на угол 90o или 270o. ЦФОИВС формирует спектр однополосного сигнала только в пределах одного частотного интервала 0-Fп, тогда как остальная часть спектра остается двухполосной (Fп - частота повторения). Это устройство позволяет корректировать искажения, обуславливаемые не только передатчиком, но и вносимые передающей и приемной антеннами, а также цепями приемника. В этом случае для вычисления корректирующих сигналов необходимо найти подходящий внешний по отношению к РЛС источник опорного сигнала. Такой подход используется в РЛС COBRA DANE, работающей с широкополосным 200-МГц сигналом. Для формирования опорного сигнала служил созданный в Линкольновской лаборатории спутниковый комбинированный отражатель в виде сферы с ЭПО, равной 1 м2. Отраженный от сферы сигнал преобразуется в цифровую форму и обрабатывается процессором БПФ для вычисления корректирующих коэффициентов для КИХ-фильтра сжатия импульсов.With the instability of the dynamic characteristics of radar stations, such as frequency response and phase response, into a digital Doppler processing device for quadrature pulsed video signals [5], containing blocks of the direct discrete Fourier transform DFT (FFT) and the block of inverse discrete Fourier transform ODPF (OBPF), an additional digital block was introduced a single-band pulse video signal CFOIVS containing out-of-band phase shifter at an angle of 90 o or 270 o . CFOIVS forms a spectrum of a single-band signal only within one frequency interval 0-F p , while the rest of the spectrum remains two-band (F p - repetition frequency). This device allows you to correct the distortion caused not only by the transmitter, but also introduced by the transmitting and receiving antennas, as well as the receiver circuits. In this case, to calculate the correction signals, it is necessary to find a suitable external signal source relative to the radar. This approach is used in the COBRA DANE radar, working with a broadband 200-MHz signal. To form the reference signal, a satellite combined reflector created in the Lincoln Laboratory in the form of a sphere with an EPO equal to 1 m 2 was used . The signal reflected from the sphere is converted into digital form and processed by the FFT processor to calculate the correction factors for the FIR pulse compression filter.
Микропроцессор реализует автоматическую процедуру подстройки амплитудной и фазовой характеристик одного из квадратурных каналов относительно другого. К недостаткам этих устройств относится сложность алгоритма коррекции импульсной переходной функции адаптивного цифрового фильтра, что неизбежно снижает точность и быстродействие. The microprocessor implements an automatic procedure for adjusting the amplitude and phase characteristics of one of the quadrature channels relative to the other. The disadvantages of these devices include the complexity of the correction algorithm for the pulse transition function of an adaptive digital filter, which inevitably reduces accuracy and speed.
Близким техническим решением к предлагаемому является цифровой измеритель сдвига фаз [6], содержащий объект исследования - квадратурный демодулятор, два аналого-цифровых преобразователя, два сумматора-вычитателя, два сумматора-накопителя, два блока управления нелинейной фильтрацией, счетчики, вычислительный блок и блок индикации. Синхронизация всех блоков, кроме микропроцессорного вычислительного блока, осуществляется от прецизионного кварцевого генератора тактовых сигналов АЦП. A close technical solution to the proposed one is a digital phase shift meter [6], which contains the object of study - a quadrature demodulator, two analog-to-digital converters, two adders-subtracters, two adders-storage, two control units for nonlinear filtering, counters, a computing unit and an indication unit . Synchronization of all blocks, except for the microprocessor computing unit, is carried out from a precision crystal oscillator of the ADC clock signals.
Недостаток этого устройства состоит в ограничении числа идентифицируемых параметров квадратурного демодулятора. Помимо этого, при обнаружении неадекватности радиотехнических каналов квадратурного демодулятора оно не позволяло выполнить оперативную адаптивную коррекцию их динамических характеристик. The disadvantage of this device is to limit the number of identifiable parameters of the quadrature demodulator. In addition, when detecting the inadequacy of the radio channels of the quadrature demodulator, it did not allow for the operational adaptive correction of their dynamic characteristics.
Наиболее близко к предлагаемому устройство для определения взаимокорреляционных функций переходных характеристик квадратурного демодулятора [7], содержащее генератор прямоугольных импульсов, счетчик, блок индикации, прецизионный генератор квадратурных гармонических сигналов эталонной опорной частоты, формирователь импульсов, цифровой блок регулирования фазы синхронизации, выход которого соединен с входом задания фазы генератора прямоугольных импульсов, выход которого через ключ подключен на сигнальный информационный вход квадратурного демодулятора, являющегося объектом параметрической идентификации и адаптивной коррекции, выход первой фазы эталонного сигнала опорной частоты генератора гармонических сигналов соединен через формирователь импульсов с информационным входом счетчика и первым синфазным входом исследуемого квадратурного демодулятора, второй вход которого соединен с ортогональным выходом эталонного генератора гармонических сигналов, выход переполнения счетчика соединен с информационным входом цифрового блока регулирования фазы синхронизации. Closest to the proposed device for determining the cross-correlation functions of the transient characteristics of the quadrature demodulator [7], containing a rectangular pulse generator, counter, display unit, a precision generator of quadrature harmonic signals of the reference reference frequency, a pulse shaper, a digital synchronization phase control unit, the output of which is connected to the input setting the phase of the rectangular pulse generator, the output of which is connected via a key to the signal information input of the quad The output demodulator, which is the object of parametric identification and adaptive correction, the output of the first phase of the reference signal of the reference frequency of the harmonic signal generator is connected via a pulse shaper to the information input of the counter and the first in-phase input of the investigated quadrature demodulator, the second input of which is connected to the orthogonal output of the reference harmonic signal generator, output counter overflow is connected to the information input of a digital phase control unit ui.
К недостаткам этого устройства можно отнести ограничения по применению результатов измерения непосредственно для адаптивной цифровой коррекции характеристик квадратурного демодулятора в реальном масштабе времени. The disadvantages of this device include limitations on the use of measurement results directly for adaptive digital correction of the characteristics of the quadrature demodulator in real time.
Настоящее изобретение направлено на расширение функциональных возможностей устройства. Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, состоит в идентификации трех дополнительных обобщенных параметров, таких как коэффициент передачи, полоса низкочастотной фильтрации и наклон ФЧХ, и повышении оперативности адаптивной коррекции динамических характеристик радиоканалов с цифровыми квадратурными модуляторами. The present invention aims to expand the functionality of the device. The technical result achieved in solving this problem consists in identifying three additional generalized parameters, such as transmission coefficient, low-pass filtering band and the phase response slope, and improving the adaptive correction of the dynamic characteristics of radio channels with digital quadrature modulators.
Это достигается тем, что в известное устройство, содержащее генератор прямоугольных импульсов, счетчик, блок индикации, генератор гармонических сигналов эталонной опорной частоты, формирователь импульсов, цифровой блок регулирования фазы синхронизации, выход которого соединен с входом запуска генератора прямоугольных импульсов, выход которого через ключ подключен к сигнальному информационному входу квадратурного демодулятора, являющегося объектом адаптивной коррекции параметров, первый выход генератора гармонических сигналов соединен с первым синфазным входом квадратурного демодулятора и через формирователь импульсов с информационным входом счетчика, второй выход генератора гармонических сигналов соединен со вторым ортогональным входом квадратурного демодулятора, выход переполнения счетчика соединен с информационным входом цифрового блока регулирования фазы синхронизации, введены два буферных регистра, информационные входы которых являются измерительными входами для подключения к соответствующим выходам квадратурного демодулятора (АЦП), два цифровых БИХ-фильтра второго порядка, подключенные информационными входами в параллельном коде к выходам первого и второго буферного регистра соответственно, два арифметических суматора-вычитателя, два цифровых сумматора-накопителя, два мультиплексора временного разделения, входами подключенные к первому, второму и третьему выходу соответствующих цифровых БИХ-фильтров, а выходами к первому и второму входам соответствующих арифметических сумматоров-вычитателей, выходы которых подключены к входам первого и второго цифрового сумматора-накопителя соответственно, микропроцессорный комплект, содержащий входные и выходные регистры данных, блок обработки данных (БОД), блок микропрограммного управления (МПУ) и генератор синхроимпульсов (ГСИ), причем первый и второй входные регистры данных подключены к выходам соответствующих цифровых сумматоров-накопителей, первый управляющий выход микропроцессорного комплекта соединен с задающим входом цифрового блока регулирования фазы синхронизации, а второй управляющий выход микропроцессорного комплекта соединен через цифровой блок регулирования фазы синхронизации с входом запуска генератора прямоугольных импульсов, выход формирователя импульсов соединен с входом синхронизации микропроцессорного комплекта, выход общей синхронизации которого соединен с соответствующими входами синхронизации буферных регистров, БИХ-фильтров, мультиплексоров, арифметических сумматоров-вычитателей и цифровых сумматоров-накопителей, соединенных последовательно в параллельном коде по схеме конвейерного типа, третий, четвертый и пятый управляющие выходы микропроцессорного комплекта соединены с первым, вторым и третьим корректирующими входами первого цифрового БИХ-фильтра, а шестой, седьмой и восьмой управляющие выходы микропроцессорного комплекта соединены с соответствующими корректирующими входами второго цифрового БИХ-фильтра, четвертые выходы первого и второго цифрового БИХ-фильтра являются скорректированными выходами квадратурного демодулятора, первый, второй и третий регистры выходных данных микропроцессорного комплекта подключены к блоку индикации, управляющий вход которого соединен с девятым управляющим выходом микропроцессорного комплекта. This is achieved by the fact that in a known device containing a square-wave pulse generator, counter, display unit, a harmonic signal generator of a reference reference frequency, a pulse shaper, a digital synchronization phase control unit, the output of which is connected to the start input of a square-wave generator, the output of which is connected via a key to the signal information input of the quadrature demodulator, which is the object of adaptive correction of parameters, the first output of the harmonic signal generator soy dinene with the first in-phase input of the quadrature demodulator and through a pulse former with the information input of the counter, the second output of the harmonic signal generator is connected to the second orthogonal input of the quadrature demodulator, the overflow output of the counter is connected to the information input of the digital block for controlling the phase of synchronization, two buffer registers are introduced, the information inputs of which are measuring inputs for connecting to the corresponding outputs of the quadrature demodulator (ADC), two digital B Second-order IIH filters, connected by information inputs in parallel code to the outputs of the first and second buffer register, respectively, two arithmetic adders-subtracters, two digital accumulators-accumulators, two time division multiplexers, inputs connected to the first, second and third outputs of the corresponding digital IIR -filters, and the outputs to the first and second inputs of the corresponding arithmetic adders-subtracters, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second digital adders-accumulate For a microprocessor set, respectively, containing input and output data registers, a data processing unit (BOD), a microprogram control unit (MPU) and a clock generator (GSI), the first and second input data registers connected to the outputs of the respective digital storage adders, the first the control output of the microprocessor set is connected to the input of the digital block for controlling the phase of synchronization, and the second control output of the microprocessor set is connected through a digital block of regulation phase synchronization with the start input of the rectangular pulse generator, the output of the pulse shaper is connected to the synchronization input of the microprocessor set, the output of the general synchronization of which is connected to the corresponding synchronization inputs of buffer registers, IIR filters, multiplexers, arithmetic adders-subtracters and digital adders-drives connected in series in parallel code according to the conveyor type scheme, the third, fourth and fifth control outputs of the microprocessor set connected to the first, second and third correction inputs of the first digital IIR filter, and the sixth, seventh and eighth control outputs of the microprocessor set are connected to the corresponding correction inputs of the second digital IIR filter, the fourth outputs of the first and second digital IIR filter are the adjusted outputs of the quadrature demodulator , the first, second and third output registers of the microprocessor set are connected to the display unit, the control input of which is connected to the ninth control conductive yield microprocessor kit.
При этом цифровые БИХ-фильтры второго порядка реализованы по схеме конвейерного типа и содержат в прямой цепи первый арифметический блок умножения, первый вход которого является информационным входом цифрового БИХ-фильтра, первый арифметический сумматор-вычитатель, втрой арифметический блок умножения, первый цифровой сумматор-накопитель, третий арифметический блок умножения и второй цифровой сумматор-накопитель, включенные последовательно в параллельном коде, причем выходы второго и первого цифрового сумматора-накопителя и первого арифметического сумматора-вычитателя являются соответственно первым, вторым и третьим выходом цифрового БИХ-фильтра, в обратной связи которого включен второй арифметический сумматор-вычитатель, подключенный входами к первому и второму выходам цифрового БИХ-фильтра, а выходом к второму входу первого арифметического сумматора-вычитателя, первый выход цифрового БИХ-фильтра соединен с первым входом третьего арифметического сумматора-вычитателя, ко второму входу которого подключен через четвертый арифметический блок умножения и четвертый арифметический сумматор-вычитатель второй выход цифрового БИХ-фильтра, третий выход которого через пятый арифметический блок умножения подключен к второму входу четвертого арифметического сумматора-вычитателя, причем вторые входы первого, четвертого и пятого арифметических блоков умножения являются первым, вторым и третьим корректирующими входами цифрового БИХ-фильтра соответственно и подключены к соответствующим управляющим выходам микропроцессорного комплекта, а выход третьего арифметического сумматора-вычитателя каждого цифрового БИХ-фильтра является соответствующим выходом квадратурного демодулятора. At the same time, second-order IIR digital filters are implemented according to the conveyor type scheme and contain in a direct circuit the first arithmetic multiplication unit, the first input of which is the information input of the digital IIR filter, the first arithmetic adder-subtractor, the third arithmetic multiplier, the first digital accumulator-accumulator , the third arithmetic unit of multiplication and the second digital adder-drive, connected in series in parallel code, and the outputs of the second and first digital adder-drive and the first arithmetic adder-subtractor are respectively the first, second and third output of the digital IIR filter, the feedback of which includes the second arithmetic adder-subtractor, connected by the inputs to the first and second outputs of the digital IIR filter, and the output to the second input of the first arithmetic adder-subtractor , the first output of the digital IIR filter is connected to the first input of the third arithmetic adder-subtractor, to the second input of which is connected through the fourth arithmetic unit of multiplication and four the third arithmetic adder-subtracter is the second output of the digital IIR filter, the third output of which is connected to the second input of the fourth arithmetic adder-subtractor through the fifth arithmetic multiplier, the second inputs of the first, fourth, and fifth arithmetic multiplicators are the first, second, and third correcting inputs of the digital The IIR filter is respectively connected to the corresponding control outputs of the microprocessor set, and the output of the third arithmetic adder-subtractor of each The digital IIR filter is the corresponding output of the quadrature demodulator.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - схема цифрового БИХ-фильтра; на фиг.3 - экспериментальные результаты исследования погрешности БКД при оценке фазы радиоимпульса в случае параметрических возмущений и оперативной адаптивной коррекции. Figure 1 presents the structural diagram of the device; figure 2 is a diagram of a digital IIR filter; figure 3 - experimental results of the study of the error of the BCD when assessing the phase of the radio pulse in the case of parametric disturbances and operational adaptive correction.
Цифровое устройство для адаптивной коррекции квадратурных демодуляторов (фиг.1) содержит генератор 1 гармонических сигналов (термостабилизированный, кварцевый, опорной частоты), сдвинутых на 90o (эталонный генератор), формирователь импульсов синхронизации 2, счетчик 3, генератор прямоугольных импульсов 4, ключ 5, блок квадратурного демодулятора 6 (радиотехнический объект), содержащий два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 8, 9 сигналов на соответствующих выходах аналоговых НЧ-фильтров в цифровую форму, цифровой блок регулирования фазы синхронизации 7, два буферных регистра 10, 11, информационные входы которых являются измерительными входами для подключения соответствующих выходов квадратурного демодулятора (АЦП), два мультиплексора с временным разделением коммутируемых каналов 12 и 13, два цифровых БИХ-фильтра второго порядка 14 и 15, два арифметических сумматора-вычитателя 16 и 17, два арифметических сумматора-накопителя 18 и 19, микропроцессорный комплект 20, содержащий входные и выходные регистры данных, блок обработки данных (БОД), устройство микропрограммного управления (МПУ) и генератор синхроимпульсов (ГСИ), который синхронизирует работу МПУ, БОД, регистров, мультиплексоров с временным разделением, и блок индикации 21. Устройство микропрограммного управления работает в конвейерном режиме, что позволяет повысить быстродействие за счет параллельной организации работы буферных регистров 10, 11, цифровых БИХ-фильтров 14 и 15, мультиплексоров 12, 13, арифметических сумматоров-вычитателей 16, 17, цифровых сумматоров-накопителей 18, 19 и микропроцессорного комплекта 20. Каждый цифровой БИХ-фильтр 14 и 15 (фиг.2) содержит первый 22, второй 23 и третий 24 арифметические блоки умножения, четыре арифметических сумматора-вычитателя 25, 26, 27 и 28 и два цифровых сумматора-накопителя 29, 30, а также четвертый 31 и пятый 32 арифметические блоки умножения.A digital device for adaptive correction of quadrature demodulators (Fig. 1) contains a harmonic signal generator 1 (thermostabilized, quartz, reference frequency) shifted by 90 o (reference generator), a synchronization pulse generator 2, counter 3, a rectangular pulse generator 4, key 5 , a quadrature demodulator block 6 (radio engineering object), containing two analog-to-digital converters (ADCs) 8, 9 of the signals at the respective outputs of the analog low-pass filters in digital form, a digital phase control unit timing 7, two buffer registers 10, 11, the information inputs of which are measuring inputs for connecting the corresponding outputs of the quadrature demodulator (ADC), two multiplexers with time division of switched channels 12 and 13, two digital IIR filters of the
Цифровые БИХ-фильтры 14, 15 работают в конвейерном режиме. Синхронизация записи данных с буферных регистров 10, 11 осуществляется сигналом общей синхронизации с микропроцессорного комплекта (МПУ). Гармонический сигнал опорной частоты, вырабатываемый генератором 1, поступает на вход формирователя 2 и затем счетчика 3, осуществляющего деление сигнала опорной частоты, например, на 103 по одному выходу счетчика 3 и на (103-1) по другому выходу (сдвиг на один разряд). Счетчик 3 синхронизирует запуск когерентно с эталонным опорным сигналом генератора 4 прямоугольных импульсов с частотой fг= f0/103. Генератор 4 вырабатывает последовательность коротких импульсов, когерентно сдвинутых относительно синхроимпульсов на величину τ(i), задаваемую цифровым блоком регулирования фазы 7, который управляется в параллельном коде от микропроцессорного комплекта 20. Выход генератора 4 через ключ 5 соединен с первым, сигнальным входом исследуемого квадратурного демодулятора 6, а на второй и третий его входы поступают гармонические квадратурные опорные сигналы с двух выходов генератора 1 гармонических сигналов. Выходы исследуемого квадратурного демодулятора 6 через буферные регистры 10, 11 подключены на соответствующие входы цифровых БИХ-фильтров 14, 15, первые, вторые и третьи выходы которых через мультиплексоры 12 и 13 коммутируются в параллельном коде с соответствующими входами арифметических сумматоров-вычитателей 16 и 17, выходы которых связаны с информационными входами цифровых сумматоров-накопителей 18 и 19. Оценки идентифицированных обобщенных параметров исследуемого радиотехнического объекта (БКД) или отклонения их от эталонно заданных выводятся последовательно во времени через соответствующий регистр выходных данных на устройство индикации 21. Синхронизация всех блоков, работающих в конвейерном режиме, осуществляется от генератора гармонических сигналов 1 (опорной частоты) через формирователь импульсов синхронизации 2 микропроцессорным комплектом (ГСИ) 20, который через цифровой блок регулирования фазы синхронизации 7 запускает генератор прямоугольных импульсов 4.
Устройство работает следующим образом. Гармонический сигнал опорной частоты, вырабатываемой генератором 1, поступает на вход формирователя тактовых импульсов 2 и затем счетчика 3, осуществляющего деление сигнала опорной частоты, например, на 103 по одному выходу счетчика 3 и на (103-1) по другому выходу (сдвиг на один разряд). Микропроцессорный комплект запускает когерентно с эталонным опорным сигналом генератор 4 прямоугольных импульсов с более низкой частотой fг=f0/103. Генератор 4 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов, когерентно сдвинутых относительно синхроимпульсов на величину τ[i], которая задается цифровым блоком регулирования фазы 7, управляемым микропроцессорным комплектом 20. Эти широкополосные импульсы поступают через ключ 5 на первый сигнальный вход исследуемого квадратурного демодулятора 6, а на второй и третий его входы поступают гармонические квадратурные опорные сигналы с двух соответствующих выходов генератора 1 гармонических сигналов. Импульсные отклики каналов квадратурного демодулятора 6, соответствующие ИПФ (импульсной переходной функции) радиотехнических каналов w1(φ1,t) и w2(φ2,t) с выходов АЦП 8, 9 подаются на информационные входы первого и второго буферного регистра 10, 11. Импульсная переходная функция wj(φj,t) соответствует передаточной функции [7] одного канала квадратурного демодулятора для изменения амплитуды на входе при постоянном значении φ(i)
где
Групповое время запаздывания ±τ3 в каналах квадратурного демодулятора, обусловленное аппаратной реализацией радиотехнического канала, не влияет на оценку (2), так как находится внутри интервала усреднения.The device operates as follows. The harmonic signal of the reference frequency generated by the generator 1, is fed to the input of the pulse shaper 2 and then the counter 3, dividing the signal of the reference frequency, for example, by 10 3 on one output of the counter 3 and on (10 3 -1) on the other output (shift one bit). The microprocessor set starts 4 rectangular pulses with a lower frequency f g = f 0/10 3 coherently with the reference reference signal. Generator 4 generates a sequence of rectangular pulses coherently shifted relative to the clock pulses by a value of τ [i], which is set by a digital phase 7 control unit controlled by microprocessor set 20. These broadband pulses are fed through key 5 to the first signal input of the quadrature demodulator under study 6, and to the second and its third inputs harmonic quadrature reference signals from two corresponding outputs of the harmonic generator 1. The pulse responses of the channels of the quadrature demodulator 6, corresponding to the IAP (pulse transition function) of the radio channels w 1 (φ 1 , t) and w 2 (φ 2 , t) from the outputs of the ADC 8, 9 are fed to the information inputs of the first and second buffer register 10, 11. The pulse transition function w j (φ j , t) corresponds to the transfer function [7] of one channel of the quadrature demodulator for changing the input amplitude at a constant value of φ (i)
Where
The group delay time ± τ 3 in the channels of the quadrature demodulator, due to the hardware implementation of the radio channel, does not affect estimate (2), since it is inside the averaging interval.
где j=1, 2;
i - соответствует какому-то шагу измерения.
where j = 1, 2;
i - corresponds to some measurement step.
В отличие от известного устройства [7] в данном устройстве интегрирование на интервале усреднения от tсв[1] до tсв[1000] производится в арифметических сумматорах-накопителях 18 и 19 соответственно приближенным методом прямоугольников "вперед", который в отличие от всех других способов численного интегрирования не вносит дополнительного фазового сдвига в цифровой БИХ-фильтр, в структуре которого предусмотрены два дискретных интегратора 29, 30 (см. фиг.2), что не приводит к потере устойчивости цифрового фильтра второго порядка, если даже коэффициент демпфирования фильтра ξ сделать равным нулю, что соответствует структуре автоколебательного звена. На первом шаге идентификации параметров производится оценка коэффициентов передачи соответственно синфазного и квадратурного канала демодулятора 6. С помощью цифрового блока регулирования фазы 7 сдвига возбуждающего импульса задается φ=45o, в этом случае sin[φ] = cos[φ] = 1/2. Микропрограммное управляющее устройство, входящее в состав микропроцессорного комплекта 20, с помощью мультиплексоров 12 и 13 коммутирует первые выходы соответствующих БИХ-фильтров через сумматоры-вычитатели 16, 17 с первым и вторым цифровыми сумматорами-накопителями 18 и 19. Объем выборки, которая задается в начале измерения, контролируется микропроцессорным комплектом 20.Unlike the known device [7], in this device, integration over the averaging interval from t bv [1] to t bv [1000] is performed in arithmetic accumulators-accumulators 18 and 19, respectively, by the approximate “forward” rectangle method, which, unlike all others methods of numerical integration does not introduce an additional phase shift into the digital IIR filter, in the structure of which there are two
Рассогласование каналов квадратурного демодулятора 6 по коэффициенту передачи K
ΔK* = 1-SC11/SC21, (3)
где
Поскольку интегрирование сигналов с выходов цифровых БИХ-фильтров осуществляется на всем протяжении ИПФ каналов квадратурного демодулятора, влияние двух других обобщенных параметров ξкд и Ткд в этом режиме измерения не сказывается, так как интеграл от первой и второй производной ИПФ на этом интервале равен нулю. Используя полученную оценку К*, можно произвести соответствующую коррекцию цифрового БИХ-фильтра, изменяя параметр масштабного блока 22 (см. фиг. 2). В этом режиме можно оценить смещение ΔS* в каналах БКР, обусловленное дрейфом активных усилителей ПТ.The mismatch of the channels of the quadrature demodulator 6 according to the transmission coefficient K
ΔK * = 1-SC 11 / SC 21 , (3)
Where
Since the integration of the signals from the outputs of the digital IIR filters is carried out throughout the IPF channels of the quadrature demodulator, the influence of two other generalized parameters ξ cd and T cd in this measurement mode does not affect, since the integral of the first and second derivatives of the IPF in this interval is equal to zero. Using the obtained estimate of K *, it is possible to make the corresponding correction of the digital IIR filter by changing the parameter of the scale block 22 (see Fig. 2). In this mode, it is possible to estimate the shift ΔS * in the BCR channels, due to the drift of active PT amplifiers.
ΔS
где Сi1 - сигналы на первом выходе БИХ-фильтров при разомкнутом ключе 5.ΔS
where C i1 - signals at the first output of IIR filters with open key 5.
На втором этапе последовательно производится оценка второго параметра, характеризующего погрешность фазового сдвига между каналами, в соответствии с алгоритмом: 1) в качестве сигналов Х(nТ) и Y(nT) берутся сигналы первых выходов БИХ-фильтров С11(nТ) и С21(nТ); 2) оператор запаздывания τ3 аппроксимирован рядом Паде второго порядка, что соответствует линейному дифференциальному уравнению:
где Т - шаг квантования, во времени единый для АЦП и БИХ-фильтров, работающих в конвейерном режиме;
n=1, 2, 3, 4,...At the second stage, the second parameter, characterizing the error of the phase shift between the channels, is sequentially evaluated in accordance with the algorithm: 1) the signals of the first outputs of the IIR filters C 11 (nT) and C 21 are taken as the signals X (nT) and Y (nT) (nT); 2) the delay operator τ 3 is approximated by a second-order Padé series, which corresponds to a linear differential equation:
where T is the quantization step, uniform in time for the ADC and IIR filters operating in the conveyor mode;
n = 1, 2, 3, 4, ...
От уравнения (4) можно перейти к уравнению
DF2Z3(nT)+6DFZ2(nT)-12Z1(nТ)=0 (5)
где DF - неизвестный параметр, характеризующий знак и величину сдвига по фазе в каналах квадратурного демодулятора, включая АЦП и цифровые БИХ-фильтры. При фиксированной длительности ИПФ и периодическом возбуждении объекта исследования
Z1(nT)=C21(nT)-C11(nT),
Z2(nT)=C22(nT)+C12(nT),
Z3(nT)=C23(nT)-C13(nT),
Переменная Z1(nT) в дискретных точках (nТ) формируется на выходе арифметического сумматора-вычитателя 16 и синхронно поступает на информационный вход цифрового сумматора-накопителя 18. Сигнал Z2(nT) формируется на выходе арифметического сумматора-вычитателя 17. Сигналы Сji(nT) снимаются с первых, вторых и третьих выходов цифровых БИХ-фильтров 14, 15 соответственно, причем
Cj2(nT)=dCjl(nT)/dt,
а Cj3(nT)=dCj2(nT)/dt=d2Cjl(nT)/dt2.From equation (4) we can go to equation
DF 2 Z 3 (nT) + 6 DFZ 2 (nT) -12Z 1 (nT) = 0 (5)
where DF is an unknown parameter characterizing the sign and magnitude of the phase shift in the channels of the quadrature demodulator, including ADC and digital IIR filters. With a fixed duration of IPF and periodic excitation of the object of study
Z 1 (nT) = C 21 (nT) -C 11 (nT),
Z 2 (nT) = C 22 (nT) + C 12 (nT),
Z 3 (nT) = C 23 (nT) -C 13 (nT),
The variable Z 1 (nT) at discrete points (nT) is generated at the output of the arithmetic adder-subtractor 16 and synchronously fed to the information input of the digital adder-accumulator 18. The signal Z 2 (nT) is generated at the output of the arithmetic adder-subtractor 17. Signals With ji (nT) are removed from the first, second and third outputs of the digital IIR filters 14, 15, respectively, and
C j2 (nT) = dC jl (nT) / dt,
and C j3 (nT) = dC j2 (nT) / dt = d 2 C jl (nT) / dt 2 .
Точность оценки сдвига фаз в каналах квадратурного демодулятора 6 можно повысить, если статистически накапливать информацию на цифровых сумматорах-накопителях 18 и 19, синхронно управляя ГСИ. Объем выборки контролируется микропрограммным управлением МПУ. Интегрирование сигналов, входящих в уравнение (5), на специально формируемых отрезках времени niТ и ni+kТ заменили численным интегрированием методом прямоугольников. Микропроцессорный комплект блоков 20 решает сформированное квадратное уравнение относительно неизвестного параметра DF в БОД:
DF2(-SZ1)+6DFSZ2-12SZ1=0, (6)
где
S'Z3=-S'Z1
Микропроцессорный комплект 20 вычисляет значение
DF1=(3•SZ2+D)/SZ1,
DF2=(3•SZ2-D)/SZ1,
где D - дискриминант уравнения (6), вычисляется по формуле
Результатом цифрового измерения сдвига фаз DF является меньший по модулю из двух DF1 и DF2. Знак и величина DF* так же, как и ΔK*, выводится на блок индикации 21.The accuracy of the estimation of the phase shift in the channels of the quadrature demodulator 6 can be improved by statistically accumulating information on the digital adders-drives 18 and 19, while simultaneously controlling the GPS. The sample size is controlled by the MPU firmware. The integration of the signals included in equation (5) on specially formed time intervals n i Т and n i + k Т was replaced by numerical integration by the rectangle method. The microprocessor set of blocks 20 solves the generated quadratic equation with respect to the unknown parameter DF in the BOD:
DF 2 (-SZ 1 ) + 6DFSZ 2 -12SZ 1 = 0, (6)
Where
S'Z 3 = -S'Z 1
Microprocessor Kit 20 calculates the value
DF 1 = (3 • SZ 2 + D) / SZ 1 ,
DF 2 = (3 • SZ 2 -D) / SZ 1 ,
where D is the discriminant of equation (6), is calculated by the formula
The result of a digital measurement of the phase shift DF is the smaller in modulus of the two DF 1 and DF 2 . The sign and value of DF * as well as ΔK * , is displayed on the display unit 21.
Оценка DF* соответствует рассогласованию по групповому времени запаздывания в каналах БКР согласно выражению (1). Estimation of DF * corresponds to the mismatch in the group delay time in the BCR channels according to expression (1).
Если транспортное запаздывание e-τ в первом и втором каналах квадратурного демодулятора одно и то же, то на втором этапе можно произвести оценку отклонения параметра (2ζлдTкд) = b
Микропроцессорный комплект (МПУ) 20 с помощью мультиплексоров 12 и 13 коммутирует вторые выходы соответствующих цифровых БИХ-фильтров через первые входы арифметических сумматоров-вычитателей 16, 17 к первому и второму цифровому сумматору-накопителю 18, 19 соответственно. Рассогласование каналов квадратурного демодулятора 6 по параметру b
Δb
где SMCj2= ∑|Cj2|(nT);
Cj2(nT)•SIGN[Cj2(nT)] = |Cj2|(nT).
Так как интегрирование сигналов Cjl(nT)•SIGN[Cj2(nT)] и Cj3(nT)•SIGN[Cj2(nT)] на интервале длительности ИПФ в уравнении вида (4) равно нулю.The microprocessor set (MPU) 20 using multiplexers 12 and 13 commutes the second outputs of the corresponding digital IIR filters through the first inputs of the arithmetic adders-subtractors 16, 17 to the first and second digital adder-drive 18, 19, respectively. Channel mismatch of quadrature demodulator 6 by parameter b
Δb
where S M C j2 = ∑ | C j2 | (nT);
C j2 (nT) • SIGN [Cj2 (nT)] = | Cj2 | (nT).
Since the integration of the signals C jl (nT) • SIGN [C j2 (nT)] and C j3 (nT) • SIGN [C j2 (nT)] on the IPF duration interval in the equation of the form (4) is equal to zero.
Используя блок умножения 31 в структуре БИХ-фильтра, микропроцессорный комплект 20 производит коррекцию второго параметра ± Δb1, характеризующего фазовое рассогласование между каналами БКД. На фиг.3а показаны экспериментальные осциллограммы узкополосного БКД (Δf=15 кГц) при Δφ = ±5°. На третьем этапе процедуры идентификации последовательно во времени проводится оценка ΔT
Δb
где
Уравнение (8) можно получить, если сдвиг по фазе в каналах БКД равен 45o. В этом случае sin(φ1) = cos(φ1) = 1/2, так как к третьему этапу параметрической идентификации каналы БКР по первым двум параметрам ΔK* и Δb
Where
Equation (8) can be obtained if the phase shift in the channels of the BCD is equal to 45 o . In this case, sin (φ 1 ) = cos (φ 1 ) = 1/2, since by the third stage of parametric identification the BKR channels according to the first two parameters ΔK * and Δb
Операция взятия модуля от числовых отсчетов с третьего выхода БИХ-фильтров реализуется в микропроцессорном комплекте в БОД: не учитывается знак отсчетов Cj3[nkT] на соответствующих выходах цифровых БИХ-фильтров.The operation of taking the module from the numerical samples from the third output of the IIR filters is implemented in the microprocessor set in the BOD: the sign of the samples C j3 [n k T] at the corresponding outputs of the digital IIR filters is not taken into account.
Используя оценку Δb
Литература
1. Патент США 4484194, МПК G 01 G 7/40 от 27.11.84.Literature
1. US patent 4484194, IPC G 01 G 7/40 from 11.27.84.
2. С. Дж. Рабиновитц и др. "Цифровые методы в радиолокации", ТИИЭР, том 73, 2, 1985, с. 182-199. 2. S. J. Rabinovitz et al. "Digital methods in radar", TIIER, Volume 73, 2, 1985, p. 182-199.
3. Межд. заявка РСТ, 86/01001, МПК G 01 B, 52, 7/29 от 13.02.86. 3. Int. PCT application, 86/01001, IPC G 01 B, 52, 7/29 of 02/13/86.
4. Патент США 5717619, МПК G 06 F 17/10 от 10.02.98. 4. US patent 5717619, IPC G 06 F 17/10 from 02/10/98.
5. Заявка РФ на изобретение, 97109368/09, МПК6 G 06 F 17/00, G 01 S 13/00, "Цифровое устройство доплеровской обработки квадратурных импульсных видеосигналов". RU БИ 15 27.05.99, с. 260.5. RF application for invention, 97109368/09, IPC 6 G 06 F 17/00, G 01 S 13/00, "Digital device for Doppler processing of quadrature pulsed video signals." RU BI 15 05/27/99, p. 260.
6. А.с. СССР 1292492 (НП), МПК G 06 F 15/336, "Устройство для определения взаимокоррелляционных функций характеристик квадратурного демодулятора". Опубл. 28.02.85. 6. A.S. USSR 1292492 (NP), IPC G 06 F 15/336, "Device for determining the correlation functions of the characteristics of the quadrature demodulator." Publ. 02/28/85.
7. А.с. СССР 1609328 (НП), МПК G 06 G 7/19, G 01 R 25/00, "Цифровой измеритель сдвига фаз". Опубл. 23.12.88. 7. A.S. USSR 1609328 (NP), IPC G 06 G 7/19, G 01
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000115269A RU2187140C2 (en) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | Digital device for adaptive correction of quadrature demodulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000115269A RU2187140C2 (en) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | Digital device for adaptive correction of quadrature demodulators |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2187140C2 true RU2187140C2 (en) | 2002-08-10 |
RU2000115269A RU2000115269A (en) | 2002-08-27 |
Family
ID=20236169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000115269A RU2187140C2 (en) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | Digital device for adaptive correction of quadrature demodulators |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2187140C2 (en) |
-
2000
- 2000-06-16 RU RU2000115269A patent/RU2187140C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2054995C (en) | System and method for compensation of in-phase and quadrature phase and gain imbalance | |
RU2407025C2 (en) | Weakening of phase multipath propagation | |
US7702702B2 (en) | Signal processing device for computing phase difference between alternating current signals | |
CN110018446B (en) | Integrated multi-channel RF circuit with phase sensing | |
US6535560B1 (en) | Coherent adaptive calibration system and method | |
EP1031845B1 (en) | Receiver calibration technique for glonass | |
US8842771B2 (en) | Amplitude flatness and phase linearity calibration for RF sources | |
US7436166B1 (en) | Direct digital synthesizer producing a signal representing an amplitude of a sine wave | |
US9880284B2 (en) | RF signal alignment calibration | |
US7061219B2 (en) | Independent measurement of complicated transfer functions | |
EP2725726B1 (en) | Method and apparatus for magnitude and phase response calibration of receivers | |
US11275073B2 (en) | Probing a structure of concrete by means of electromagnetic waves | |
US6484124B1 (en) | System for measurement of selected performance characteristics of microwave components | |
US8355884B2 (en) | Signal quality measurement device, spectrum measurement circuit, and program | |
RU2187140C2 (en) | Digital device for adaptive correction of quadrature demodulators | |
JP2006504960A (en) | How to measure the scattering parameters of a multiport device under test using a multiport network analyzer with a non-sinusoidal measurement signal | |
US11899128B2 (en) | Frequency response calibration for radio frequency integrated circuit with multiple receiving channels | |
US8023534B2 (en) | Signal processor latency measurement | |
RU2313101C1 (en) | Analyzer of density of probability of the phase of a signal | |
JP3114955B2 (en) | Nuclear magnetic resonance equipment | |
JP2003110640A (en) | Orthogonal detection circuit | |
US7705609B2 (en) | Phase frequency distortion measurement system | |
CN114323072B (en) | Dual-channel combined zero value real-time calibration device and method | |
JP3036807B2 (en) | Reference signal transmission device | |
CN117665423A (en) | Phase noise measuring device and method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080617 |