RU2738602C1 - Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude - Google Patents

Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude Download PDF

Info

Publication number
RU2738602C1
RU2738602C1 RU2020109530A RU2020109530A RU2738602C1 RU 2738602 C1 RU2738602 C1 RU 2738602C1 RU 2020109530 A RU2020109530 A RU 2020109530A RU 2020109530 A RU2020109530 A RU 2020109530A RU 2738602 C1 RU2738602 C1 RU 2738602C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
phase
frequency
amplitude
sample
Prior art date
Application number
RU2020109530A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Геннадьевич Морозов
Ильнур Ильдарович Нуреев
Айрат Жавдатович Сахабутдинов
Владимир Иванович Анфиногентов
Александр Алексеевич Иванов
Артем Анатольевич Кузнецов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Priority to RU2020109530A priority Critical patent/RU2738602C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738602C1 publication Critical patent/RU2738602C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: method relates to measurement equipment and can be used for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a continuous harmonic signal based on a set of initial data specified by a large set of discrete readings. Disclosed method comprises discretising an analogue signal, representing a fragment thereof with a triplet of digital codes S1, S2, S3, formed at moments of time t1, t2, t3, is characterized by that the signal representation is generated by a large set of digital codes Si formed at corresponding time instants ti, where i is from 4 to N, where N is much more than four, is a row of natural numbers limited by formed set of counts of digital codes, with equal sampling interval of digital codes counts Δt, used for simultaneous determination of signal frequency, initial signal phase, signal phase, signal amplitude.
EFFECT: technical result consists in improvement of accuracy of simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of harmonic signal, in the presence of errors in measurement of amplitude in used counts.
1 cl, 2 dwg

Description

Способ относится к измерительной технике и может быть использован для одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды непрерывного гармонического сигнала по набору исходных данных, заданных большим набором дискретных отсчетов.The method relates to measuring equipment and can be used for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a continuous harmonic signal from a set of initial data given by a large set of discrete samples.

Известен способ определения частоты узкополосного сигнала (см. патент RU 2117306, опубликован 10.08.1998), заключающийся в дискретизации сигнала, вычислении его спектра, определении номера максимальной спектральной составляющей, измерении ее амплитуды, а также амплитуды и номера большей из смежных с ней составляющих, и использовании этих исходных данных для вычисления частоты.There is a known method for determining the frequency of a narrow-band signal (see patent RU 2117306, published on 08/10/1998), which consists in sampling the signal, calculating its spectrum, determining the number of the maximum spectral component, measuring its amplitude, as well as the amplitude and number of the largest of the adjacent components, and using this raw data to calculate the frequency.

Известен способ измерения амплитуд гармонических колебаний (см. патент RU 2060475, опубликован 15.04.1993), заключающийся в регистрации в спектре сигнала гармоники с максимальной амплитудой, определении ее частоты и использовании этой частоты в формуле вычисления амплитуды гармонических колебаний.A known method for measuring the amplitudes of harmonic oscillations (see patent RU 2060475, published on April 15, 1993), which consists in registering in the spectrum of the signal harmonics with the maximum amplitude, determining its frequency and using this frequency in the formula for calculating the amplitude of harmonic oscillations.

Известен способ совместного измерения частоты, амплитуды, фазы и начальной фазы гармонического сигнала (см. патент RU 2486529, опубликован 27.06.2013), который выбран в качестве прототипа, заключающийся в дискретизации аналогового сигнала, представлении его фрагмента тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3 и используемых для вычисления частоты сигнала f. При этом фрагмент сигнала и соответствующую ему тройку кодов выбирают так, чтобы код S2 не равнялся нулю. При измерении частоты те же коды используют для вычисления амплитуды U, фазы ϕ и начальной фазы сигнала ϕ0.A known method of joint measurement of frequency, amplitude, phase and initial phase of a harmonic signal (see patent RU 2486529, published on June 27, 2013), which is selected as a prototype, consists in sampling an analog signal, representing its fragment with a triple digital code S 1 , S 2 , S 3 , generated at times t 1 , t 2 , t 3 and used to calculate the frequency of the signal f. In this case, the signal fragment and the corresponding triple of codes are selected so that the S 2 code is not equal to zero. When measuring frequency, the same codes are used to calculate the amplitude U, the phase ϕ and the initial phase of the signal ϕ 0 .

Способ осуществляют следующим образом. Принятый аналоговый сигнал дискретизируют, а его фрагмент, представленный тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3 используют для вычисления частоты сигнала по формуле

Figure 00000001
, где τ - интервал дискретизации; при этом фрагмент сигнала и соответствующую ему тройку кодов выбирают так, чтобы код S2 не равнялся нулю, одновременно с измерением частоты, те же коды используют для вычисления амплитуды U, фазы ϕ и начальной фазы сигнала ϕ0 в соответствии с выражениями:
Figure 00000002
где фаза ϕ соответствует моменту времени t2.The method is carried out as follows. The received analog signal is sampled, and its fragment, represented by a triplet of digital codes S 1 , S 2 , S 3 , formed at times t 1 , t 2 , t 3 is used to calculate the signal frequency by the formula
Figure 00000001
, where τ is the sampling interval; the fragment of the signal and the corresponding triple of codes are selected so that the code S 2 is not equal to zero, simultaneously with the measurement of the frequency, the same codes are used to calculate the amplitude U, phase ϕ and the initial phase of the signal ϕ 0 in accordance with the expressions:
Figure 00000002
where the phase ϕ corresponds to the time t 2 .

Недостатком указанного способа является низкая точность одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды непрерывного гармонического сигнала.The disadvantage of this method is the low accuracy of simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a continuous harmonic signal.

Техническая проблема заключается в недостаточной точности одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды непрерывного гармонического сигнала при наличии погрешностей в измерении амплитуды в используемых отсчетах.The technical problem lies in the insufficient accuracy of simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a continuous harmonic signal in the presence of errors in measuring the amplitude in the samples used.

Решаемая техническая задача (технический результат) способа одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала заключается в повышении точности измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, при наличии погрешностей в измерении амплитуды в используемых отсчетах.The technical problem (technical result) to be solved for the method of simultaneous measurement of the frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal is to increase the accuracy of measuring the frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal, in the presence of errors in measuring the amplitude in the samples used.

Решаемая техническая задача (технический результат) в способе одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, включающем дискретизацию аналогового сигнала, представление его фрагмента тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3, достигается тем, что представление сигнала формируют большим набором цифровых кодов Si, сформированных в соответствующие моменты времени ti, где i от 4 до N, где N много больше четырех, представляет собой ряд натуральных чисел, ограниченный сформированным набором отсчетов цифровых кодов, с равным интервалом дискретизации отсчетов цифровых кодов Δt, используемых для одновременного определения частоты сигнала ω по формуле:The technical problem to be solved (technical result) in the method of simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal, including sampling of an analog signal, representation of its fragment by three digital codes S 1 , S 2 , S 3 , formed at times t 1 , t 2 , t 3 , is achieved by the fact that the signal representation is formed by a large set of digital codes S i formed at the corresponding time moments t i , where i is from 4 to N, where N is much more than four, is a series of natural numbers limited by the formed set of samples digital codes, with an equal sampling interval of samples of digital codes Δt, used to simultaneously determine the frequency of the signal ω according to the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где k - порядок точности аппроксимации; N - количество отсчетов цифровых кодов; i - номер отсчета;

Figure 00000004
- производная первого порядка значения цифрового кода i-го отсчета;
Figure 00000005
- производная второго порядка значения цифрового кода i-го отсчета; avg - операция вычисления среднего арифметического набора значений, начальной фазы сигнала ϕ0 по формуле:where k is the order of approximation accuracy; N is the number of samples of digital codes; i is the count number;
Figure 00000004
- derivative of the first order of the value of the digital code of the i-th sample;
Figure 00000005
- second order derivative of the value of the digital code of the i-th sample; avg is the operation of calculating the arithmetic mean of a set of values, the initial phase of the signal ϕ 0 according to the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где k - порядок точности аппроксимации; N - количество отсчетов цифровых кодов; i - номер отсчета; ω - частота сигнала; Si - значение цифрового кода i-го отсчета;

Figure 00000005
- производная второго порядка значения цифрового кода i-го отсчета; t1 - момент времени i-го отсчета; avg - операция вычисления среднего арифметического набора значений, фазы сигнала ϕi по формуле:where k is the order of approximation accuracy; N is the number of samples of digital codes; i is the count number; ω is the signal frequency; S i - value of the digital code of the i-th sample;
Figure 00000005
- second order derivative of the value of the digital code of the i-th sample; t 1 - time of the i-th sample; avg is the operation of calculating the arithmetic mean of a set of values, the phase of the signal ϕ i by the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где i - номер отсчета; ω - частота сигнала; Si - значение цифрового кода i-го отсчета;

Figure 00000005
- производная второго порядка значения цифрового кода i-го отсчета; ti - момент времени i-го отсчета, амплитуды сигнала U по формуле:where i is the count number; ω is the signal frequency; S i - value of the digital code of the i-th sample;
Figure 00000005
- second order derivative of the value of the digital code of the i-th sample; t i is the moment of time of the i-th sample, the amplitude of the signal U according to the formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

где k - порядок точности аппроксимации; N - количество отсчетов цифровых кодов; i - номер отсчета; ω - частота сигнала; ϕ - фаза сигнала ;

Figure 00000009
- производная первого порядка значения цифрового кода i-го отсчета; ti - момент времени i-го отсчета; avg - операция вычисления среднего арифметического набора значений, с учетом шумовой составляющей сигнала, где оценки производных отсчетов значений цифровых кодов
Figure 00000010
вычисляются в моменты времени ti (i=k, N-k) методом центральных конечных разностей с использованием формул аппроксимации k-го порядка точности при условии, что количество отсчетов цифровых кодов N много больше порядка точности аппроксимации k.where k is the order of approximation accuracy; N is the number of samples of digital codes; i is the count number; ω is the signal frequency; ϕ is the phase of the signal;
Figure 00000009
- derivative of the first order of the value of the digital code of the i-th sample; t i - time of the i-th sample; avg - the operation of calculating the arithmetic mean of a set of values, taking into account the noise component of the signal, where estimates of the derivatives of the samples of the values of digital codes
Figure 00000010
are calculated at times t i (i = k, Nk) by the method of central finite differences using approximation formulas of the kth order of accuracy, provided that the number of samples of digital codes N is much greater than the order of accuracy of approximation k.

На фиг. 1 приведена блок схема устройства, реализующая предложенный способ одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала.FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal.

На фиг. 2 представлен алгоритм работы контроллера измерения параметров гармонического сигнала.FIG. 2 shows the algorithm of the controller for measuring the parameters of a harmonic signal.

Устройство для осуществления предложенного способа одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, представленное на фиг. 1 содержит последовательно соединенные волоконными световодами источник узкополосного оптического сигнала 1, модулятор Маха-Цандера 2, при этом электрический порт модулятора Маха-Цандера 2 является входом устройства, фотоприемник 3, а также контроллер измерения параметров гармонического сигнала 4, при этом контроллер измерения параметров гармонического сигнала 4 имеет выход, который является выходом устройства.A device for implementing the proposed method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal, shown in FIG. 1 contains a narrowband optical signal source 1, a Mach-Zehnder modulator 2, connected in series by fiber optic fibers, while the electrical port of the Mach-Zehnder modulator 2 is an input of the device, a photodetector 3, and a controller for measuring parameters of a harmonic signal 4, while a controller for measuring parameters of a harmonic signal 4 has an output, which is the output of the device.

Предварительно в блок контроллера измерения параметров гармонического сигнала 4 загружают программу, работающую согласно алгоритму, который приведен на фиг. 2.Beforehand, a program is loaded into the controller unit for measuring the parameters of a harmonic signal 4, which operates according to the algorithm shown in FIG. 2.

Подключают систему электропитания для блоков источника узкополосного оптического сигнала 1, модулятора Маха-Цандера 2, контроллера измерения параметров гармонического сигнала 4.Connect the power supply system for the units of the source of the narrow-band optical signal 1, the Mach-Zehnder modulator 2, the controller for measuring the parameters of the harmonic signal 4.

Система электропитания необходимая для блоков источника узкополосного оптического сигнала 1, модулятора Маха-Цандера 2, контроллера измерения параметров гармонического сигнала 4 на фиг. 1 не показана.The power supply system necessary for the blocks of the source of the narrowband optical signal 1, the Mach-Zehnder modulator 2, the controller for measuring the parameters of the harmonic signal 4 in FIG. 1 is not shown.

Устройство работает следующим образом. На электрический порт модулятора Маха-Цандера 2, например, с принимающей антенны подают гармонический сигнал с измеряемыми параметрами.The device works as follows. A harmonic signal with measured parameters is supplied to the electrical port of the Mach-Zehnder 2 modulator, for example, from the receiving antenna.

Для одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала с помощью источника узкополосного оптического сигнала 1 генерируют сигнал с частотой ƒ1, который затем модулируют в модуляторе Маха-Цандера 2, работающем в нулевой рабочей точке модуляционной характеристики для подавления несущей, измеряемым гармоническим сигналом с неизвестными параметрами ƒm. Полученная таким образом пара гармоник с частотами ƒ1m и ƒ1m поступает на фотоприемник 3, где формируется биение этой пары гармоник S. Полученное биение поступает на контроллер измерения параметров гармонического сигнала 4, где проводится дискретизация сигнала и измерение частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, поступающего на электрический порт модулятора Маха-Цандера 2.For simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude using the narrowband optical signal 1 generates a signal with a frequency ƒ 1, which is then modulated in the modulator is a Mach-Zehnder interferometer 2, operating in a zero operating point of the modulation characteristic for carrier suppression, measured harmonic signal with unknown parameters ƒ m . The resulting pair of harmonics with frequencies ƒ 1m and ƒ 1 + ƒ m is fed to the photodetector 3, where the beat of this pair of harmonics S is formed. The resulting beat is fed to the controller for measuring the parameters of the harmonic signal 4, where the signal is sampled and the frequency is measured, phase, initial phase and amplitude of the harmonic signal fed to the electrical port of the Mach-Zehnder modulator 2.

Рассмотрим осуществление способа одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала.Consider the implementation of a method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal.

Осуществляется дискретизация аналогового сигнала. Полученный набор отсчетов цифровых кодов {Si} i=1,N (где N>>4) (амплитуды сигнала) измеренных в моменты времени ti используется для дальнейшего одновременного определения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала. Перед началом работы контроллера измерения параметров гармонического сигнала с заданным алгоритмом задаются требуемые погрешности вычисления частоты, начальной фазы и амплитуды - εω, εϕ, εU, соответственно. Устанавливается начальное значение k=0 порядка точности аппроксимации конечных разностей. Дальнейшие вычисления ведутся по следующему циклическому алгоритму.The analog signal is sampled. The obtained set of samples of digital codes {S i } i = 1, N (where N >> 4) (signal amplitude) measured at times t i is used for further simultaneous determination of the frequency, phase, initial phase and amplitude of the harmonic signal. Before starting the controller for measuring the parameters of a harmonic signal with a given algorithm, the required errors in calculating the frequency, initial phase and amplitude are set - ε ω , ε ϕ , ε U , respectively. The initial value k = 0 of the order of accuracy of approximation of finite differences is set. Further calculations are carried out according to the following cyclic algorithm.

Задается значение k=k+1 для увеличения порядка точности аппроксимации конечных разностей. По формулам для центральных конечных разностей k-го порядка точности аппроксимации вычисляют численные значения производных цифровых кодов

Figure 00000011
для всех значений номеров отсчетов i ∈ [k, N-k]. Вычисляют значение ωi для всех значений номеров отсчетов i ∈ [k, N-k]. По известным данным ωi вычисляются значения ϕi для всех значений номеров отсчетов i ∈ [k, N-k]. По известным данным ωi и ϕi вычисляются значения значение Ui для всех значений номеров отсчетов i ∈ [k, N-k], Вычисляются средние значения ωk i, ϕk i и Uk i. Для k>1 проверяется погрешность вычисления частоты, начальной фазы и амплитуды, в противном случае происходит переход к началу алгоритма. Если одновременно не выполняются условия требуемой точности для вычислений частоты, начальной фазы и амплитуды |ωkk-1|<εω и |ϕ0 k0 k-1|<εϕ и |Uk-Uk-1|<εU, то осуществляется переход на начало алгоритма. В случае выполнения требований необходимой точности вычислений, осуществляется выход из цикла с присвоением значений вычисленных частоты, начальной фазы, мгновенной фазы и амплитуды ω=ωk, ϕ0k 0, ϕik i, U=Uk, соответственно. Производится расчет шумовой составляющей сигнала Si Noise=Ucos(ωt+ϕi)-Si для всех номеров отсчетов i ∈ [1,N]. Производится вывод полученных результатов, частоты, начальной фазы и амплитуды - ω, ϕ0, U соответственно, кроме того, выводятся значения мгновенной фазы ϕi и шумовой составляющей сигнала Si Noise для номеров отсчетов i ∈ [1,N].The value k = k + 1 is set to increase the order of accuracy of the approximation of finite differences. By the formulas for the central finite differences of the k-th order of approximation accuracy, the numerical values of the derivatives of digital codes are calculated
Figure 00000011
for all values of the numbers of samples i ∈ [k, Nk]. The value of ω i is calculated for all values of the numbers of samples i ∈ [k, Nk]. According to known data ω i φ i values are calculated for all values of samples numbers i ∈ [k, Nk]. According to known data ω i and φ i are calculated importance value U i for all i ∈ numbers of samples [k, Nk] values, calculates an average value ω k i, φ k i and U k i. For k> 1, the error in calculating the frequency, initial phase and amplitude is checked; otherwise, the transition to the beginning of the algorithm occurs. If the conditions of the required accuracy for calculating the frequency, initial phase and amplitude are not simultaneously satisfied | ω kk-1 | <ε ω and | ϕ 0 k0 k-1 | <ε ϕ and | U k -U k- 1 | <ε U , then the transition to the beginning of the algorithm is carried out. If the requirements for the required accuracy of calculations are met, the loop is exited with the assignment of the values of the calculated frequency, initial phase, instantaneous phase and amplitude ω = ω k , ϕ 0 = ϕ k 0 , ϕ i = ϕ k i , U = U k , respectively ... The calculation of the noise component of the signal S i Noise = Ucos (ωt + ϕ i ) -S i for all numbers of samples i ∈ [1, N] is performed. The output of the obtained results, frequency, initial phase and amplitude - ω, ϕ 0 , U, respectively, is carried out, in addition, the values of the instantaneous phase ϕ i and the noise component of the signal S i Noise for the numbers of samples i ∈ [1, N] are displayed.

Устройство для осуществления предложенного способа одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала может быть реализовано на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1300 нм (возможны и другие длины волн), например:A device for implementing the proposed method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal can be implemented on the following elements designed to operate at a wavelength of 1300 nm (other wavelengths are also possible), for example:

В качестве источника узкополосного оптического сигнала 1 может быть выбран лазерный диод IDL10S-1300 НИИ «Полюс» или ДМП0131-22 ООО НПФ «Дилаз»;The laser diode IDL10S-1300 NII "Polyus" or DMP0131-22 LLC NPF "Dilaz" can be selected as a source of a narrow-band optical signal 1;

В качестве модулятора Маха-Цандера 2, может быть выбран модулятор на основе интерферометра Маха-Цендера 500-х-13 компании Laser2000;As the Mach-Zehnder 2 modulator, a modulator based on the Laser2000 Mach-Zehnder interferometer 500-x-13 can be selected;

В качестве фотоприемника 3 может быть выбран высокоскоростной волоконно-оптический InGaAs микроволновый широкополосный PIN фотоприемник компании Optilab, например, PD-40-MM;As the photodetector 3, a high-speed fiber-optic InGaAs microwave broadband PIN photodetector from Optilab, for example, PD-40-MM, can be selected;

В качестве контроллера измерения параметров гармонического сигнала 4 может быть выбран микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;As a controller for measuring the parameters of a harmonic signal 4, a microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc .;

В качестве волоконных световодов могут быть выбраны эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ».Reference cords or TELECOM-TEST cables from SOKOL Production and Trade Company LLC can be selected as fiber light guides.

Для построения устройства для осуществления предложенного способа одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.To build a device for implementing the proposed method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal, all of these units for generating, receiving and processing signals can be performed on a single crystal or in an integrated design.

Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи (технического результата) - одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, при наличии погрешностей в измерении амплитуды в используемых отсчетах.All this allows us to speak about the achievement of a solution to the technical problem (technical result) - simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal, in the presence of errors in measuring the amplitude in the samples used.

Claims (33)

Способ одновременного измерения частоты, фазы, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, включающий дискретизацию аналогового сигнала, представление его фрагмента тройкой цифровых кодов S1, S2, S3, сформированных в моменты времени t1, t2, t3, отличающийся тем, что представление сигнала формируют
Figure 00000012
набором цифровых кодов Si, сформированных в соответствующие моменты времени ti, где i - от 4 до N, где N - много больше четырех, представляет собой ряд натуральных чисел, ограниченный сформированным набором отсчетов цифровых кодов, с равным интервалом дискретизации отсчетов цифровых кодов Δt, используемых для одновременного определения частоты сигнала ω по формуле:
A method for the simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and amplitude of a harmonic signal, including sampling an analog signal, representing its fragment with a triple digital code S 1 , S 2 , S 3 , formed at times t 1 , t 2 , t 3 , characterized in that that the signal representation is formed
Figure 00000012
a set of digital codes S i , formed at the corresponding times t i , where i is from 4 to N, where N is much more than four, is a series of natural numbers, limited by a formed set of digital code samples, with an equal sampling interval of digital code samples Δt used for the simultaneous determination of the signal frequency ω by the formula:
Figure 00000013
Figure 00000013
где k - порядок точности аппроксимации;where k is the order of approximation accuracy; N - количество отсчетов цифровых кодов;N is the number of samples of digital codes; i - номер отсчета;i is the count number;
Figure 00000014
- производная первого порядка значения цифрового кода i-го отсчета;
Figure 00000014
- derivative of the first order of the value of the digital code of the i-th sample;
Figure 00000015
- производная второго порядка значения цифрового кода i-го отсчета;
Figure 00000015
- second order derivative of the value of the digital code of the i-th sample;
avg - операция вычисления среднего арифметического набора значений, начальной фазы сигнала ϕ0 по формуле:avg is the operation of calculating the arithmetic mean of a set of values, the initial phase of the signal ϕ 0 according to the formula:
Figure 00000016
Figure 00000016
где k - порядок точности аппроксимации;where k is the order of approximation accuracy; N - количество отсчетов цифровых кодов;N is the number of samples of digital codes; i - номер отсчета;i is the count number; ω - частота сигнала;ω is the signal frequency; Si - значение цифрового кода i-го отсчета;S i - value of the digital code of the i-th sample;
Figure 00000017
- производная второго порядка значения цифрового кода i-го отсчета;
Figure 00000017
- second order derivative of the value of the digital code of the i-th sample;
ti - момент времени i-го отсчета;t i - time of the i-th sample; avg - операция вычисления среднего арифметического набора значений, фазы сигнала ϕi по формуле:avg is the operation of calculating the arithmetic mean of a set of values, the phase of the signal ϕ i by the formula:
Figure 00000018
Figure 00000018
где i - номер отсчета;where i is the count number; ω - частота сигнала;ω is the signal frequency; Si - значение цифрового кода i-го отсчета;S i - value of the digital code of the i-th sample;
Figure 00000019
- производная второго порядка значения цифрового кода i-го отсчета;
Figure 00000019
- second order derivative of the value of the digital code of the i-th sample;
ti - момент времени i-го отсчета,t i - time of the i-th sample, амплитуды сигнала U по формуле:signal amplitude U according to the formula:
Figure 00000020
Figure 00000020
где k - порядок точности аппроксимации;where k is the order of approximation accuracy; N - количество отсчетов цифровых кодов;N is the number of samples of digital codes; i - номер отсчета;i is the count number; ω - частота сигнала;ω is the signal frequency; ϕ - фаза сигнала;ϕ is the phase of the signal;
Figure 00000021
- производная первого порядка значения цифрового кода i-го отсчета;
Figure 00000021
- derivative of the first order of the value of the digital code of the i-th sample;
ti - момент времени i-го отсчета;t i - time of the i-th sample; avg - операция вычисления среднего арифметического набора значений, с учетом шумовой составляющей сигнала, где оценки производных отсчетов значений цифровых кодов
Figure 00000022
вычисляются в моменты времени ti (i=k,N-k) методом центральных конечных разностей с использованием формул аппроксимации k-го порядка точности при условии, что количество отсчетов цифровых кодов N много больше порядка точности аппроксимации k.
avg - the operation of calculating the arithmetic mean of a set of values, taking into account the noise component of the signal, where estimates of the derivatives of the samples of the values of digital codes
Figure 00000022
are calculated at times t i (i = k, Nk) by the method of central finite differences using approximation formulas of the kth order of accuracy, provided that the number of samples of digital codes N is much greater than the order of accuracy of approximation k.
RU2020109530A 2020-03-03 2020-03-03 Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude RU2738602C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109530A RU2738602C1 (en) 2020-03-03 2020-03-03 Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109530A RU2738602C1 (en) 2020-03-03 2020-03-03 Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2738602C1 true RU2738602C1 (en) 2020-12-14

Family

ID=73835132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109530A RU2738602C1 (en) 2020-03-03 2020-03-03 Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2738602C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111496C1 (en) * 1992-09-18 1998-05-20 Дадочкин Сергей Васильевич Method measuring frequency of harmonic oscillations
RU2229139C1 (en) * 2002-12-10 2004-05-20 Томский политехнический университет Method of spectral analysis of complex non-sinusoidal periodic signals presented by digital readings
US7053357B2 (en) * 1996-09-05 2006-05-30 Rudolf Schwarte Method and apparatus for determining the phase and/or amplitude information of an electromagnetic wave for photomixing
RU2435168C1 (en) * 2010-04-09 2011-11-27 ООО предприятие "КОНТАКТ-1" Method for harmonic analysis of periodic multifrequency signal
RU2486529C2 (en) * 2011-08-31 2013-06-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111496C1 (en) * 1992-09-18 1998-05-20 Дадочкин Сергей Васильевич Method measuring frequency of harmonic oscillations
US7053357B2 (en) * 1996-09-05 2006-05-30 Rudolf Schwarte Method and apparatus for determining the phase and/or amplitude information of an electromagnetic wave for photomixing
RU2229139C1 (en) * 2002-12-10 2004-05-20 Томский политехнический университет Method of spectral analysis of complex non-sinusoidal periodic signals presented by digital readings
RU2435168C1 (en) * 2010-04-09 2011-11-27 ООО предприятие "КОНТАКТ-1" Method for harmonic analysis of periodic multifrequency signal
RU2486529C2 (en) * 2011-08-31 2013-06-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Method for joint measurement of frequency, phase and initial phase of harmonic signal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105910797B (en) Optical device measurement of spectral response method and measuring device based on double sideband modulation Yu stimulated Brillouin scattering effect
CN102914423B (en) Measuring method for sag frequency of dispersion optical fiber
CN103414513B (en) A kind of pulsed light dynamic extinction ratio measurement mechanism and method with high dynamic range
CN104243018B (en) A kind of chromatic dispersion measurement system
CN108593110A (en) All -fiber Fourier transform spectrometer, based on PZT phase-modulation real-time compensations
CN103823175B (en) A kind of photodetection circuit frequency response function test method based on OTDR
CN104296884B (en) The multichannel nonmatched measurement method and metrophia compensation device of ultra high-speed optical sampling clock
CN106017533A (en) Rapid tuning real-time calibration fiber grating demodulation device and work method
RU2738602C1 (en) Method for simultaneous measurement of frequency, phase, initial phase and harmonic signal amplitude
CN108332877A (en) A kind of the fiber grating measuring device and method of light pulse and optical time domain reflection combination
RU2721739C1 (en) Fiber-optic instantaneous frequency measuring system of multiple microwave signals
CN209930266U (en) Unequal-arm interferometer testing device based on intensity modulation
RU193095U1 (en) Fiber optic device for measuring instantaneous frequencies of multiple microwave signals
CN105547648B (en) A kind of system and method for measurement Fabry Perot etalon Free Spectral Ranges FSR
CN110470622A (en) Gas concentration detection method, apparatus and system
CN102564573B (en) Multi-wavelength laser power time division measurement method
CN113607277B (en) Demodulation method of narrow linewidth laser linewidth measurement system
CN206399454U (en) A kind of Miniature optical fiber grating wavelength demodulating system
CN110186500A (en) A kind of non-equilibrium fibre optic interferometer arm length difference measuring device and measuring method using absolute method
CN102095498B (en) Scanning type high-accuracy Fourier transformation spectroscopy method
CN112327035B (en) Method, device and system for measuring radio frequency half-wave voltage
CN208621185U (en) A kind of full optical fiber interferometer Free Spectral Range measuring system
CN210862726U (en) Multichannel high-speed fiber grating demodulation module
US6614511B1 (en) Light wavelength dispersion measuring apparatus and light wavelength dispersion measuring method
CN111160227B (en) Automatic calibration device and method for laser phase fluctuation noise and quantum random number generator