RU2740790C1 - Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise - Google Patents

Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise Download PDF

Info

Publication number
RU2740790C1
RU2740790C1 RU2020120157A RU2020120157A RU2740790C1 RU 2740790 C1 RU2740790 C1 RU 2740790C1 RU 2020120157 A RU2020120157 A RU 2020120157A RU 2020120157 A RU2020120157 A RU 2020120157A RU 2740790 C1 RU2740790 C1 RU 2740790C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
signals
values
frequency
phase
Prior art date
Application number
RU2020120157A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Белогуров
Владимир Алексеевич Золотарев
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
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 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2020120157A priority Critical patent/RU2740790C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740790C1 publication Critical patent/RU2740790C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D3/00Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D3/00Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • H03D3/02Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal
    • H03D3/06Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal by combining signals additively or in product demodulators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03LAUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00Automatic control of frequency or phase; Synchronisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.SUBSTANCE: for an initial signal specified by counts of instantaneous values at moments of time for a signal frequency sequence, a signal is determined - a result of multiplying the input signal by a sine of the reference frequency. Reference frequencies are set equal to the frequencies of the input multifrequency signal. Each reference sinusoidal signal is repeatedly shifted by discrete phase values. Signals generated after multiplying the input signal by reference signals are processed identically in the respective lines - each of the signals is branched into two identical components. First component is filtered by a low-pass filter (LPF), while the second component is filtered by a band-pass filter (BF). Selection of filters is carried out with phase-frequency and amplitude-frequency characteristics identical to each other. Signals counts are formed and sums of signals counts are found. Values of differences of obtained sums are calculated. Values of phases are stored.EFFECT: high accuracy of estimating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of interference.1 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится ж области оценки значений параметров сигналов и может найти применение в области радиотехники, в частности в устройствах связи, в измерительной технике, в устройствах спектрального анализа электрических сигналов.The invention relates to the field of evaluating the values of signal parameters and can find application in the field of radio engineering, in particular in communication devices, in measuring technology, in devices for spectral analysis of electrical signals.

Известны цифровые способ и устройство определения мгновенной фазы принятой реализации гармонического или квазигармонического сигнала (патент РФ №2463701, Н3D 3/00).Known digital method and device for determining the instantaneous phase of the adopted implementation of a harmonic or quasi-harmonic signal (RF patent No. 2463701, H3D 3/00).

Недостатком данных способа и устройства является их недостаточно высокая эффективность в условиях наличия помех.The disadvantage of this method and device is their insufficiently high efficiency in the presence of interference.

Известен способ оценки времени запаздывания сигнала (фазы), описанный в учебном пособии «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 123-124.A known method for assessing the signal delay time (phase), described in the tutorial "Fundamentals of the theory of radio engineering systems". Tutorial. // IN AND. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin. Ed. IN AND. Borisov. Voronezh Scientific Research Institute of Communications, 2004 ", pp. 123-124.

Недостатком способа является недостаточно высокая эффективность в условиях наличия помех.The disadvantage of this method is insufficiently high efficiency in the presence of interference.

Известны способ и устройство энергетического обнаружения сигнала с компенсацией комбинационных составляющих помехи и сигнала и помехи (патент РФ №2683021, Н04В 1/10), недостатком которых является отсутствие возможности оценки значения фазы периодических сигналов.The known method and device for energy detection of a signal with compensation of the combination components of interference and signal and interference (RF patent No. 2683021, Н04В 1/10), the disadvantage of which is the inability to assess the value of the phase of periodic signals.

Известен способ спектрального анализа сигналов (патент РФ №2127888, G01R 25/16), в котором при дискретизации и квантовании сигнала создают последовательности дискретных значений сигнала с различными частотами следования отсчетов в каждой из них. При этом дискретные значения этих последовательностей фильтруют с помощью цифровых полосовых фильтров и цифровых фильтров нижних частот. Сигналы с выходов цифровых полосовых фильтров подвергают обработке, связанной с определением амплитудных значений, а на их основе и остальных информативных параметров полосовых сигналов.There is a known method of spectral analysis of signals (RF patent No. 2127888, G01R 25/16), in which, when sampling and quantizing a signal, a sequence of discrete signal values with different sampling rates in each of them is created. In this case, the discrete values of these sequences are filtered using digital band-pass filters and digital low-pass filters. Signals from the outputs of digital bandpass filters are subjected to processing associated with the determination of the amplitude values, and on their basis, and the rest of the informative parameters of the bandpass signals.

Недостатком данного способа является его недостаточно высокая помехозащищенность.The disadvantage of this method is its insufficiently high noise immunity.

Известен способ спектрального анализа сигналов (патент РФ №2229725, G01R 23/16), в котором формируют опорный синусоидальный сигнал, который многократно сдвигают по фазе относительно анализируемого периодического многочастотного сигнала. Оба сигнала представляются отсчетами мгновенных значений для одних и тех же моментов времени tj=t1, t2, …, tN, где N - число разбиений на периоде Т. Далее находят точки совместного решения а(b0) при различных круговых частотах опорного сигнала и фазах опорного сигнала, строят вольт-амперные характеристики и определяют их площадь FB4X min, причем вывод о присутствии гармонической составляющей с некоторой круговой частотой и фазой в анализируемом сигнале a(tj) делают, исходя из условия FBAX=0,A known method of spectral analysis of signals (RF patent No. 2229725, G01R 23/16), in which a reference sinusoidal signal is formed, which is repeatedly phase shifted relative to the analyzed periodic multifrequency signal. Both signals are represented by counts of instantaneous values for the same moments of time t j = t 1 , t 2 , ..., t N , where N is the number of partitions in the period T. Next, the points of the joint solution a (b 0 ) are found at different angular frequencies the reference signal and the phases of the reference signal, build current-voltage characteristics and determine their area F B4X min , and the conclusion about the presence of a harmonic component with a certain angular frequency and phase in the analyzed signal a (t j ) is made based on the condition F BAX = 0,

Недостатком данного способа является недостаточно высокая эффективность в условиях наличия помех.The disadvantage of this method is insufficiently high efficiency in the presence of interference.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому, является способ спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами (Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения, / под редакцией Е.И. Гольдштейна - Томск: Изд. «Печатная мануфактура», 2003, с. 92-94), принятый за прототип.The closest analogue in technical essence to the proposed one is a method of spectral analysis of multifrequency periodic signals represented by digital readings (Functional control and diagnostics of electrical systems and devices by digital readings of instantaneous current and voltage values, / edited by E.I. Goldstein - Tomsk: Izd . "Printing Manufactory", 2003, pp. 92-94), taken as a prototype.

Способ-прототип заключается в том, что для исходного сигнала a(ti), заданного отсчетами мгновенных значений в моменты времениThe prototype method consists in the fact that for the initial signal a (t i ), given by the counts of instantaneous values at times

t1, t2, …, tj, …, tN;t 1 , t 2 ,…, t j ,…, t N ;

t2-t1=t3-t2=tN-tN-1=…=Δt;t 2 -t 1 = t 3 -t 2 = t N -t N-1 =… = Δt;

Δt=T/N,Δt = T / N,

где Δt - шаг дискретизации;where Δt is the sampling step;

N - количество точек за время Т.N is the number of points during T.

для последовательности частот ω1, ω2, …, ωj, …, ωn, определяют мгновенную спектральную плотность (МСП) по выражениям:for a sequence of frequencies ω 1 , ω 2 ,…, ω j ,…, ω n , the instantaneous spectral density (MRP) is determined by the expressions:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где S1j) и S2j) - синусная и косинусная составляющие мгновенной спектральной плотности.where S 1j ) and S 2j ) are the sine and cosine components of the instantaneous spectral density.

Figure 00000004
Figure 00000004

где fk - частота, Гц,where f k - frequency, Hz,

содержащейся в исходном сигнале a(ti), соответствует экстремум функции S(ωj). Таким образом, находят последовательность частот ω1, ω2, …, ωj, …, ωn, содержащихся в сигнале. Находят фазу ϕk частотной составляющей ωk по формуле:contained in the original signal a (t i ) corresponds to the extremum of the function S (ω j ). Thus, the sequence of frequencies ω 1 , ω 2 ,…, ω j ,…, ω n , contained in the signal, is found. Find the phase ϕ k of the frequency component ω k by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Недостатком способа-прототииа является недостаточно высокая эффективность в условиях наличия помех.The disadvantage of the prototia method is insufficiently high efficiency in the presence of interference.

Задача предлагаемого способа - повышение точности определения значения фаз произвольного ряда гармонических сигналов в условиях наличия помех.The objective of the proposed method is to improve the accuracy of determining the phase value of an arbitrary series of harmonic signals in the presence of interference.

Для решения поставленной задачи в способе оценки фазы многочастотных периодических сигналов в условиях наличия помех с компенсацией шумов преобразования, заключающемся в том, что для исходного сигнала a(ts), заданного отсчетами мгновенных значений в моменты времениTo solve the problem in the method for estimating the phase of multifrequency periodic signals in the presence of interference with compensation for conversion noise, which consists in the fact that for the initial signal a (ts), given by the samples of instantaneous values at times

t1, t2, …, tj, …, tN; t2-t1=t3-t2=tN-tN-1= …. =Δt; Δt-T/N,t 1 , t 2 ,…, t j ,…, tN; t 2 -t 1 = t 3 -t 2 = t N -t N-1 =…. = Δt; Δt-T / N,

где Δt - шаг дискретизации; N - количество точек за время Т,where Δt is the sampling step; N is the number of points in time T,

для последовательности частот сигналов ω1, ω2, …, ωi, …, ωn, определяют сигнал - результат умножения входного сигнала на синус опорной частоты: S(ωjtj)=α(tj)Sin(ωjtj), согласно изобретению, значения опорных частот устанавливают равными значениям частот входного многочастотного сигнала, определяют дискретные значения фаз, ϕ1, ϕ2, …, ϕj …, ϕm, таким образом, чтобы: ϕ21=Δϕ; ϕ32=Δϕ; …; ϕm(m-1)=Δϕ, Δϕ=2π/m,for a sequence of signal frequencies ω 1 , ω 2 , ..., ω i , ..., ω n , the signal is determined - the result of multiplying the input signal by the sine of the reference frequency: S (ω j t j ) = α (t j ) Sin (ω j t j ), according to the invention, the values of the reference frequencies are set equal to the values of the frequencies of the input multifrequency signal, the discrete values of the phases, ϕ 1 , ϕ 2 ,…, ϕ j …, ϕ m , are determined, so that: ϕ 21 = ∆ϕ; ϕ 32 = ∆ϕ; ...; ϕ m(m-1) = ∆ϕ, ∆ϕ = 2π / m,

где Δϕ - шаг дискретизации фазы; m - количество значений фаз, используемое при ее дискретизации; каждый опорный синусоидальный сигнал многократно сдвигают по фазе; обработку сигналов, которые образуются после умножения входного сигнала на опорные сигналы, осуществляют одинаково в соответствующих линейках: каждый из полученных сигналов разветвляют на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте полосы сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулю; выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками и так, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально возможную крутизну в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени; для каждого опорного сигнала и для каждого значения фазы каждого опорного сигнала формируют отсчеты сигналов, прошедших на выход ФНЧ и полосового фильтра; суммируют отсчеты сигналов прошедших ФНЧ и суммируют отсчеты сигналов прошедших полосовой фильтр; рассчитывают значения разностей полученных сумм; для каждого опорного сигнала из полученных разностей сумм, соответствующих результату, полученному при изменении фаз опорного сигнала во всем возможном диапазоне, находят разность с максимальным значением, запоминают значения фаз, для которых значения разностей имеют максимальное значение.where Δϕ is the phase sampling step; m is the number of phase values used in its sampling; each reference sinusoidal signal is repeatedly phase-shifted; the processing of signals that are formed after multiplying the input signal by the reference signals is carried out in the same way in the corresponding lines: each of the received signals is split into two identical components, the first component is filtered with a low-pass filter (LPF), the band of which is matched to the signal band, while the second component is filtered a bandpass filter, the passband of which is selected so that the upper frequency of the bandpass filter corresponds to the upper frequency of the signal band, the lower frequency of the bandpass filter is set as close as possible to zero; the choice of the low-pass filter and the band-pass filter is carried out with phase-frequency characteristics identical to the maximum extent and so that the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the band-pass filter in the frequency region close to zero has the maximum possible slope in the frequency region, starting from the value for which the difference in values The frequency response of the low-pass filter and the band-pass filter becomes less than a predetermined value, ensuring their frequency response is identical to the maximum; for each reference signal and for each phase value of each reference signal, samples of the signals passed to the output of the low-pass filter and the band-pass filter are generated; summarize the samples of the signals of the passed low-pass filter and summarize the samples of the signals that have passed the bandpass filter; calculate the values of the differences of the amounts obtained; for each reference signal from the obtained differences of the sums corresponding to the result obtained when changing the phases of the reference signal in the entire possible range, find the difference with the maximum value, store the phase values for which the values of the differences have the maximum value.

Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.

Значения опорных частот ω1, ω2, …, ωi, …ωn, устанавливают равными значениям частот многочастотного периодического сигнала.The values of the reference frequencies ω 1 , ω 2 , ..., ω i , ... ω n are set equal to the values of the frequencies of the multifrequency periodic signal.

Определяют дискретные значения фаз, ϕ1, ϕ2, …, ϕj …, ϕm, таким образом, чтобы:The discrete values of the phases, ϕ 1 , ϕ 2 ,…, ϕj…, ϕ m , are determined in such a way that:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Δϕ - шаг дискретизации фазы;where Δϕ is the phase sampling step;

m - количество значений фаз, используемое при ее дискретизации, каждый опорный синусоидальный сигнал, многократно сдвигают по фазе.m is the number of phase values used in its sampling, each reference sinusoidal signal is repeatedly phase shifted.

Аддитивную смесь сигналов с различными частотами и помех умножают в блоках умножения, которые могут быть выполнены, например в виде смесителей, на опорные сигналы.The additive mixture of signals with different frequencies and interference is multiplied in multiplication units, which can be performed, for example, in the form of mixers, by reference signals.

Фазы опорных сигналов изменяют через заранее установленное время так, чтобы они приняли все возможные дискретные значения.The phases of the reference signals are changed after a predetermined time so that they take all possible discrete values.

Дальнейшую обработку осуществляют с использованием способа компенсации шумов преобразования - гармоник разностной частоты (комбинационные составляющие), описанного в патенте РФ №2683021, следующим образом.Further processing is carried out using the method of compensation for conversion noise - difference frequency harmonics (combination components), described in RF patent No. 2683021, as follows.

Результаты умножения сигнала и помехи на соответствующие опорные сигналы обрабатывают одинаково.The results of the signal multiplication and interference by the corresponding reference signals are treated in the same way.

Разветвляют на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полосу пропускания которого выбирают так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте полосы сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулевому значению.They are split into two identical components, the first component is filtered with a low-pass filter (LPF), the band of which is matched to the signal bandwidth, while the second component is filtered with a bandpass filter, the bandwidth of which is selected so that the upper frequency of the bandpass filter corresponds to the upper frequency of the signal band, the lower frequency of the bandpass the filter is set as close as possible to zero.

Выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками и так, что АЧХ полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени (иллюстративный пример приведен на фиг. 1).The choice of the low-pass filter and the band-pass filter is carried out with phase-frequency characteristics identical to the maximum extent and so that the frequency response of the band-pass filter in the frequency region close to zero has the maximum possible slope, in the frequency region, starting from the value for which the difference in the frequency response of the low-pass filter and the band-pass filter becomes less than a certain predetermined value, ensure the identity of their frequency response to the maximum extent (an illustrative example is shown in Fig. 1).

Для каждого опорного сигнала и для каждого значения фазы каждого опорного сигнала, формируют отсчеты сигналов, прошедших на выход ФНЧ и прошедших на выход полосового фильтра в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП). В вычислительном устройстве суммируют отсчеты сигналов, прошедших ФНЧ и суммируют отсчеты сигналов, прошедших полосовой фильтр.For each reference signal and for each phase value of each reference signal, samples of the signals passed to the output of the low-pass filter and passed to the output of the band-pass filter in the corresponding analog-to-digital converters (ADC) are formed. In the computing device, the samples of the signals that have passed the LPF are summed up and the samples of the signals that have passed the bandpass filter are summed.

Рассчитывают значения разностей полученных сумм, соответствующих некоторому опорному сигналу и значениям фаз каждого опорного сигналаCalculate the values of the differences of the received sums corresponding to some reference signal and the phase values of each reference signal

Uij,U ij ,

где i - номер опорной частоты;where i is the number of the reference frequency;

j - номер дискретного значения фазы.j is the number of the discrete phase value.

Для каждого опорного сигнала из полученных разностей сумм, соответствующих результату, полученному при изменении фазы опорного сигнала во всем возможном диапазоне, находят разность с максимальным значением. Запоминают значения фаз, для которых значения разностей имеют максимальное значение.For each reference signal, from the obtained differences of the sums corresponding to the result obtained when the phase of the reference signal changes over the entire possible range, the difference with the maximum value is found. The phase values for which the difference values have the maximum value are stored.

Ниже приведены результаты моделирования процесса оценки фазы многочастотных периодических сигналов в условиях наличия помех с компенсацией шумов преобразования.Below are the results of modeling the process of estimating the phase of multifrequency periodic signals in the presence of interference with compensation for conversion noise.

Сумма гармоник помехи при моделировании представлена в виде совокупности гармонических колебаний со случайными значениями амплитуд (Usi) и фаз (ϕsi), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам, соответственноThe sum of the interference harmonics in modeling is presented as a set of harmonic oscillations with random values of amplitudes (U si ) and phases (ϕ si ), which are distributed according to the normal (amplitude) and uniform (phase) laws, respectively

Figure 00000007
Figure 00000007

где: ωsi ϕsi Usi - частота, фаза, амплитуда i-ого гармонического сигнала;where: ω si ϕ si U si - frequency, phase, amplitude of the i-th harmonic signal;

Ns - число гармонических сигналов.Ns is the number of harmonic signals.

Моделирование осуществлялось при использовании следующих представлениях параметров сигнала и помехи:The simulation was carried out using the following representations of signal and interference parameters:

- амплитуды, частоты и фазы сигналов представлены как случайные величины, значения амплитуд, фаз и частот гармоник распределены по равномерному закону.- the amplitudes, frequencies and phases of signals are presented as random variables, the values of amplitudes, phases and frequencies of harmonics are distributed according to a uniform law.

Моделирование проведено для следующих значений параметров:Simulation was carried out for the following parameter values:

- число реализаций - 500;- number of realizations - 500;

- число гармоник сигнала - 5;- the number of signal harmonics - 5;

- число гармоник помехи - 30;- the number of interference harmonics - 30;

- число временных шагов - 800;- the number of time steps - 800;

- количество значений фаз, используемое при ее дискретизации - 72;- the number of phase values used in its sampling - 72;

- коэффициент, определяющий частоту дискретизации - 48000;- coefficient that determines the sampling rate - 48000;

- диапазон изменения амплитуд сигналов - от 1 до 2;- range of signal amplitudes change - from 1 to 2;

- значения частот сигнала - от 300 до 3400 в условных единицах;- signal frequency values - from 300 to 3400 in conventional units;

- значение полосы частот полосового фильтра, где крутизна его АЧХ имеет максимальное значение - 200 в условных единицах.- the value of the frequency band of the bandpass filter, where the slope of its frequency response has a maximum value of 200 in arbitrary units.

Результаты моделирования процесса оценки фазы многочастотныхResults of modeling the process of evaluating the phase of multifrequency

периодических сигналов в условиях наличия помех с компенсацией шумов преобразования приведены в таблице.periodic signals in the presence of interference with compensation for conversion noise are given in the table.

Figure 00000008
Figure 00000008

По результатам анализа данных, приведенных в таблице, может быть сделан вывод, что среднее значение ошибки определения фазы не превосходит 0,39 радиан для значений отношения мощностей сигнала и помехи не менее 0,5.Based on the results of the analysis of the data shown in the table, it can be concluded that the average value of the phase determination error does not exceed 0.39 radians for the signal-to-noise ratio values of at least 0.5.

Структурная схема устройства, которое реализует предлагаемый способ, приведена на фиг. 2, где обозначено;A block diagram of a device that implements the proposed method is shown in Fig. 2, where indicated;

1.1-1.n - с первого по n-ый блоки умножения;1.1-1.n - from the first to the n-th multiplication blocks;

2.1-2.n - с первого по n-ый фильтры нижних частот (ФНЧ);2.1-2.n - from the first to the n-th low-pass filters (LPF);

3.1.1, 3.2.1 - первый и второй аналого-цифровые преобразователи (АЦП) первой линейки;3.1.1, 3.2.1 - the first and second analog-to-digital converters (ADC) of the first line;

3.1.2, 3.2.2 - первый и второй АЦП второй линейки;3.1.2, 3.2.2 - the first and second ADCs of the second line;

3.1.n, 3.2.n - первый и второй АЦП n-ой линейки;3.1.n, 3.2.n - the first and second ADCs of the n-th line;

4.1-4.n - с первого по n-ый генераторы опорного напряжения (ГОН);4.1-4.n - from the first to the n-th reference voltage generators (GON);

5.1-5.n - с первого по n-ый полосовые фильтры:5.1-5.n - from the first to the n-th band pass filters:

6 - вычислительное устройство (ВУ).6 - computing device (VU).

Устройство содержит n параллельных линеек, каждая из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных блока умножения 1, ФНЧ 2, и первого АЦП 3.1, при этом полосовой фильтр 5 включен между выходом блока умножения 1 и вторым АЦП 3.2, при этом выход ГОН 4 соединен со вторым входом блока умножения 1. Кроме того, первые входы блоков умножения 1.1-1.n каждой линейки соединены между собой и являются входом устройства. Выходы первых 3.1.1-3.1.n и вторых 3.2.1-3.2.n АЦП каждой линейки соединены с соответствующими входами вычислительного устройства 6, выход которого является выходом устройства.The device contains n parallel lines, each of which consists of the corresponding series-connected multiplication unit 1, LPF 2, and the first ADC 3.1, while the bandpass filter 5 is connected between the output of the multiplication unit 1 and the second ADC 3.2, while the GON 4 output is connected to the second the input of the multiplication unit 1. In addition, the first inputs of the multiplication units 1.1-1.n of each line are interconnected and are the input of the device. The outputs of the first 3.1.1-3.1.n and the second 3.2.1-3.2.n ADCs of each line are connected to the corresponding inputs of the computing device 6, the output of which is the output of the device.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Значения опорных частот ω1, ω2, …, ωi, …, ωn, устанавливают равными значениям частот многочастотного периодического сигнала. Определяют дискретные значения фаз.The values of the reference frequencies ω 1 , ω 2 , ..., ω i , ..., ω n are set equal to the values of the frequencies of the multifrequency periodic signal. Discrete phase values are determined.

Каждый опорный синусоидальный сигнал, многократно сдвигают по фазе. Изменение фазы опорных сигналов может быть обеспечено, например, путем выполнения ГОН 4.1-4.n в виде последовательно соединенных генератора и фазосдвигающего устройства, выполненного, например, в виде линии задержки. Или, например, путем выполнения ГОН 4.1-4.n в виде последовательно соединенных программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) (на фиг. 2 не показаны). При этом в ПЛИС в цифровом виде формируют опорный сигнал заданной частоты, который через заданные интервалы времени сдвигают по фазе, В ЦАП цифровой сигнал преобразуют в аналоговую форму.Each reference sinusoidal signal is repeatedly phase-shifted. The phase change of the reference signals can be provided, for example, by performing the GON 4.1-4.n in the form of a series-connected generator and a phase-shifting device, made, for example, in the form of a delay line. Or, for example, by performing GON 4.1-4.n in the form of a series-connected programmable logic integrated circuit (FPGA) and a digital-to-analog converter (DAC) (not shown in Fig. 2). At the same time, a reference signal of a given frequency is formed in the FPGA in digital form, which is phase-shifted at predetermined time intervals, and a digital signal is converted into an analog form in the DAC.

Аддитивную смесь помех и сигналоз с различными частотами умножают на опорные сигналы в блоках умножения 1.1-1.n, которые могут быть выполнены, например в виде смесителей.The additive mixture of interference and signaling with different frequencies is multiplied by reference signals in multiplication units 1.1-1.n, which can be made, for example, in the form of mixers.

Фазы опорных сигналов изменяют через заранее установленное время так, чтобы они приняли все возможные дискретные значения.The phases of the reference signals are changed after a predetermined time so that they take all possible discrete values.

Дальнейшую обработку осуществляют с использованием способа компенсации шумов преобразования - гармоник разностной частоты (комбинационные составляющие), описанного в патенте РФ №2683021, следующим образом.Further processing is carried out using the method of compensation for conversion noise - difference frequency harmonics (combination components), described in RF patent No. 2683021, as follows.

Результаты умножения сигнала и помехи на соответствующие опорные сигналы обрабатывают одинаково. Разветвляют их на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют ФНЧ 2.1-2.n, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовыми фильтрами 5.1-5.n.The results of the signal multiplication and interference by the corresponding reference signals are treated in the same way. They are branched into two identical components, the first component is filtered by LPF 2.1-2.n, while the second component is filtered by bandpass filters 5.1-5.n.

Для каждого опорного сигнала и для каждого значения фазы каждого опорного сигнала, формируют отсчеты сигналов, прошедших на выход ФНЧ 2.1-2.n в соответствующих АЦП 3.1.1-3.1.n и прошедших на выход полосовых фильтров 5.1-5.n в соответствующих 3.2.1-3.2.n. Отсчеты подают в вычислительное устройство 6, где для каждой линейки суммируют отсчеты сигналов прошедших ФНЧ 2.1-2.n для каждого из них, и суммируют отсчеты сигналов прошедших полосовые фильтры 5.1-5.n для каждого из них. Рассчитывают значения разностей полученных сумм, соответствующих некоторому опорному сигналу и значениям фаз каждого опорного сигнала.For each reference signal and for each phase value of each reference signal, samples of signals are generated that passed to the output of the low-pass filter 2.1-2.n in the corresponding ADCs 3.1.1-3.1.n and passed to the output of the band-pass filters 5.1-5.n in the corresponding 3.2 .1-3.2.n. The samples are fed to the computing device 6, where for each line the samples of the signals of the passed LPF 2.1-2.n for each of them are summed, and the samples of the signals that have passed the bandpass filters 5.1-5.n for each of them are summed. Calculate the values of the differences of the received sums corresponding to a certain reference signal and the phase values of each reference signal.

Для каждого опорного сигнала из полученных разностей сумм, соответствующих результату, полученному при изменении фазы опорного сигнала во всем возможном диапазоне, находят разность с максимальным значением. Запоминают значения фаз, для которых значения разностей имеют максимальное значение.For each reference signal, from the obtained differences of the sums corresponding to the result obtained when the phase of the reference signal changes over the entire possible range, the difference with the maximum value is found. The phase values for which the difference values have the maximum value are stored.

Результаты моделирования оценки фазы многочастотных периодических сигналов в условиях наличия помех с компенсацией шумов преобразования приведены выше.The results of modeling the phase estimation of multifrequency periodic signals in the presence of interference with compensation for conversion noise are given above.

Блоки умножения 1.1-1.n могут быть выполнены, например, в виде преобразователя частоты (смесителя), см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова, Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004», стр. 186-189.Multiplication blocks 1.1-1.n can be performed, for example, in the form of a frequency converter (mixer), see, for example, the tutorial "Fundamentals of the theory of radio engineering systems". Tutorial. // IN AND. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin. Ed. IN AND. Borisov, Voronezh Scientific Research Institute of Communications, 2004 ", pp. 186-189.

АЦП 3.1.1-3.1.n и 3.2.1-3.2.n могут быть выполнены, например, на микросхеме AD7495BR фирмы Analog Devices.ADCs 3.1.1-3.1.n and 3.2.1-3.2.n can be performed, for example, on the AD7495BR microcircuit from Analog Devices.

Вычислительное устройство 6 может быть выполнено в виде единого микропроцессорного устройства с соответствующим программным обеспечением, например, процессора серии TMS320VC5416 фирмы Texas Instruments, или в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) с соответствующим программным обеспечением, например, ПЛИС XCV400 фирмы Xilinx.Computing device 6 can be implemented as a single microprocessor device with appropriate software, for example, a TMS320VC5416 processor from Texas Instruments, or as a programmable logic integrated circuit (FPGA) with appropriate software, for example, XCV400 FPGA from Xilinx.

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован описанным устройством.Thus, the inventive method can be implemented by the described device.

Claims (6)

Способ оценки фазы многочастотных периодических сигналов в условиях наличия помех с компенсацией шумов преобразования, заключающийся в том, что для исходного сигнала a(ti), заданного отсчетами мгновенных значений в моменты времени A method for estimating the phase of multifrequency periodic signals in the presence of interference with compensation for conversion noise, which consists in the fact that for the initial signal a (t i ), given by the samples of instantaneous values at times t1, t2, …, tj, …, tN; t2-t1=t3-t2=tN-tN-1= … =Δt; Δt=Т/N, t 1 , t 2 ,…, t j ,…, t N ; t 2 -t 1 = t 3 -t 2 = t N -t N-1 =… = Δt; Δt = T / N, где Δt - шаг дискретизации; N - количество точек за время T, where Δt is the sampling step; N is the number of points in time T, для последовательности частот сигналов ω1, ω2, …, ωi, …, ωn, определяют сигнал - результат умножения входного сигнала на синус опорной частоты:for a sequence of signal frequencies ω 1 , ω 2 , ..., ω i , ..., ω n , the signal is determined - the result of multiplying the input signal by the sine of the reference frequency: S(ωjtj)=α(tj)Sin(ωjtj), отличающийся тем, что значения опорных частот устанавливают равными значениям частот входного многочастотного сигнала, определяют дискретные значения фаз, ϕ1, ϕ2, …, ϕj …, ϕm, таким образом, чтобы: ϕ21=Δϕ; ϕ32=Δϕ; …; ϕm(m-1)=Δϕ, Δϕ=2π/m, S (ω j t j ) = α (t j ) Sin (ω j t j ), characterized in that the values of the reference frequencies are set equal to the frequencies of the input multifrequency signal, discrete phase values are determined, ϕ 1 , ϕ 2 , ..., ϕ j …, ϕ m , so that: ϕ 21 = ∆ϕ; ϕ 32 = ∆ϕ; ...; ϕ m(m-1) = ∆ϕ, ∆ϕ = 2π / m, где Δϕ - шаг дискретизации фазы; m - количество значений фаз, используемое при ее дискретизации; каждый опорный синусоидальный сигнал многократно сдвигают по фазе; обработку сигналов, которые образуются после умножения входного сигнала на опорные сигналы, осуществляют одинаково в соответствующих линейках: каждый из полученных сигналов разветвляют на две одинаковые составляющие, первую составляющую фильтруют фильтром нижних частот (ФНЧ), полоса которого согласована с полосой сигнала, одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте полосы сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулю; выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально возможную крутизну в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени; для каждого опорного сигнала и для каждого значения фазы каждого опорного сигнала формируют отсчеты сигналов, прошедших на выход ФНЧ и полосового фильтра; суммируют отсчеты сигналов прошедших ФНЧ и суммируют отсчеты сигналов прошедших полосовой фильтр; рассчитывают значения разностей полученных сумм для каждого опорного сигнала из полученных разностей сумм, соответствующих результату, полученному при изменении фаз опорного сигнала во всем возможном диапазоне, находят разность с максимальным значением, запоминают значения фаз, для которых значения разностей имеют максимальное значение.where Δϕ is the phase sampling step; m is the number of phase values used in its sampling; each reference sinusoidal signal is repeatedly phase-shifted; the processing of signals that are formed after multiplying the input signal by the reference signals is carried out in the same way in the corresponding lines: each of the received signals is split into two identical components, the first component is filtered with a low-pass filter (LPF), the band of which is matched to the signal band, while the second component is filtered a bandpass filter, the passband of which is selected so that the upper frequency of the bandpass filter corresponds to the upper frequency of the signal band, the lower frequency of the bandpass filter is set as close as possible to zero; the choice of the low-pass filter and the band-pass filter is carried out with phase-frequency characteristics identical to the maximum extent and so that the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the band-pass filter in the frequency region close to zero has the maximum possible slope in the frequency region, starting from the value for which the difference in the AFC values of the low-pass filter and the bandpass filter becomes less than a predetermined value, ensure that their frequency response is identical to the maximum extent; for each reference signal and for each phase value of each reference signal, samples of the signals passed to the output of the low-pass filter and the band-pass filter are generated; summarize the samples of the signals of the passed low-pass filter and summarize the samples of the signals that have passed the bandpass filter; the values of the differences of the obtained sums for each reference signal are calculated from the obtained differences of the sums corresponding to the result obtained when the phases of the reference signal are changed in the entire possible range, the difference with the maximum value is found, the phase values for which the values of the differences have the maximum value are stored.
RU2020120157A 2020-06-18 2020-06-18 Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise RU2740790C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120157A RU2740790C1 (en) 2020-06-18 2020-06-18 Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120157A RU2740790C1 (en) 2020-06-18 2020-06-18 Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740790C1 true RU2740790C1 (en) 2021-01-21

Family

ID=74213082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120157A RU2740790C1 (en) 2020-06-18 2020-06-18 Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740790C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU995007A1 (en) * 1981-05-18 1983-02-07 Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского Device for evaluating harmonic signal phase and frequency deviation
SU1610601A1 (en) * 1988-02-10 1990-11-30 Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) Device for assessing phase of recurrent pulsed signal
US20080205905A1 (en) * 2007-02-26 2008-08-28 Fujitsu Limited Digital phase estimator, digital phase locked loop and optical coherent receiver

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU995007A1 (en) * 1981-05-18 1983-02-07 Военный Инженерный Краснознаменный Институт Им.А.Ф.Можайского Device for evaluating harmonic signal phase and frequency deviation
SU1610601A1 (en) * 1988-02-10 1990-11-30 Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) Device for assessing phase of recurrent pulsed signal
US20080205905A1 (en) * 2007-02-26 2008-08-28 Fujitsu Limited Digital phase estimator, digital phase locked loop and optical coherent receiver

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E.I. GOLDSHTEIN et al., Functional control and diagnostics of electrical systems and devices by digital readings of instantaneous values ​​of current and voltage, Tomsk, "Pechatnaya Manufaktura", 2003, p. 92-94 *
Е.И. ГОЛЬДШТЕЙН и др., Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения, Томск, "Печатная мануфактура", 2003, с. 92-94. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2014103671A (en) Calibration method of rf signal source and amplitude flatness and phase linearity calibration unit
Zhmud et al. Modern problems of high-precision measurements of the phase differences
RU2608553C1 (en) Method of extracting signal under conditions of interference by compensation of interference due to approximation of values of its amplitude
RU2740790C1 (en) Method of evaluating phases of multi-frequency periodic signals in conditions of presence of interference using compensation for conversion noise
RU2730043C1 (en) Method of spectral analysis of multifrequency periodic signals using compensation of combination components
Zamaruiev The use of Kotelnikov-Nyquist-Shannon sampling theorem for designing of digital control system for a power converter
Bortnyk et al. The method of improving the dynamic range of analog-digital conversion of phase jitter signals in telecommunications systems
RU2734902C1 (en) Method of measuring input and mutual resistance of antennas in frequency band
Henry et al. Building Billion-Tap Filters: Prism Signal Processing
RU2811741C1 (en) Method for separating speech and pauses by analyzing changes in values of frequency and time parameters of additive mixture of signal and noise
El Yaagoubi et al. Accurate phase measurements of broadband Multitone signals using a specific configuration of a Large Signal Network Analyzer
RU2776776C1 (en) Automatic gain control system with signal delay for the time of evaluating the power of an additive mixture of signal and interference
RU2794344C1 (en) Method for energy detection of a signal with its compensation in an additional channel
Mankovskyy et al. Digital Method of SSB Modulation
Samoylov et al. Dynamic errors of broadband Chebyshev bandpass filters switched on at the ADC input in automatic control systems
RU2700334C1 (en) Method of measuring phase difference of harmonic signals at outputs of linear paths with low signal-to-noise ratios
RU2470312C2 (en) Phase meter with heterodyne frequency conversion
Bertocco et al. Numerical algorithms for power measurements
RU2404438C1 (en) Signal real-time analysis device
Petrović NEW METHOD FOR ESTIMATION OF MULTI-HARMONIC POWER SIGNAL PARAMETERS
Serov Approaches to Reducing of the Active Power Measurement Error for a Method Based on Averaging of Instantaneous Power
RU2723301C1 (en) Method of dividing speech and pauses by values of dispersions of amplitudes of spectral components
KR101818656B1 (en) Method and system for performing complex sampling of signals by using two or more sampling channels and for calculating time delays between these channels
Serov et al. Approximation of the ADC Aperture Jitter by the Sinusoidal Function to Estimate the RMS Measurement Error
SU1647423A1 (en) Voltage measurement method