SU390468A1 - ВПТ ь - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике радиоизмерений .

Известны цифровые способы измерени  частоты и фазы гармонического сигнала по данным выборки нулей смеси сигнала с шумом , однако большинство из них из-за возпикновеии  ложных нулей независимо от объема выборки нельз  примен ть при малом отношении сигнал/шум.

Известны способы измерени  частоты и фазы , примеиимые как при большом, так и (дл  достаточно длинной выборки) при малом уровне сигнала. Эти способы оперируют с выборкой отсчетов сдвига фаз и могут быть реализованы только с привлечением опорного колебани .

Дл  определени  частоты и фазы гармонического сигнала в шумах как при большом, так и (дл  достаточно длинной выборки) при малом уровне сигнала без привлечени  опорного колебани  предлагаетс  способ, по которому формируют импульсы напр жени  в моменты пересечени  смесью сигнала с шумом нулевого уровн  снизу вверх, измер ют врем  по влени  этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдени , затем определ ют частоту и фазу, причем за оценку частоты принимаетс  значение частоты , не равное нулЕО и соответствующее первому наибольшему максимуму энергетического

спектра выборки, а за оценку фазы - фаза составл ющей спектра на этой частоте.

Как и дл  известных снособов, степень априорного значени  частоты предполагаетс  такой, что за оценку частоты не может быть прин та частота гармоники.

Если выборку нулей смесн сигнала с шумом объемом   в моменты времени t, интерпретировать последовательпостью дельтафункций б (t-ti), то одним из возможных критериев оптимального определени  частоты и фазы сигнала  вл етс  максимум взаимной коррел ции этой последовательности с некоторой гармонической функцией, параметры которой подлежат определению. В качестве последней при посто нной па интервале наблюдени  частоте измер емого сигнала целесообразно выбрать косинусоиду, и тогда взаимна  коррел ци  по частоте эквивалентна преобразованию Фурье от последовательности отсчетов. Итак, задава  выборку отсчетов в виде:

f(0 28(

i}

(1)

г: 1

ДЛЯ ее спектра имеем:

f (ш) j 2 Ч( - fi) di 2 (2)

30

Максимум взаимной коррел ции по частоте соответствует максимуму энергетического спектра 1Д) Дсо8ш(,-4),(3) а начальна  фаза.наилучшим образом коррелирующей косинусоиды равна фазе спектральной составл ющей в максимуме спектра. На фиг. 1 показан график измерени  частоты и фазы гармонического сигнала по описываемому способу; на фиг. 2 - устройство дл  реализации способа. Устройство содержит формирователь 1, измеритель 2, фиксирующий врем  по влени  импульсов 2, вычислитель 3. Измерени  по предлагаемому способу провод т в следующей последовательности. 1.Формируют импульсы нанр жени  в моменты пересечени  смесью сигнала е шумом пулевого уровн  снизу вверх. 2.Измер ют врем  fi по влени  эти.х импульсов отпосительно начала данного интервала наблюдени  (в отличие от обычно вщполи емых измерений относительно опорного сигнала). 3.Оценивают частоту сигнала со, дл  чего вычисл ют корни u)ft уравнени  2 2(/-4)з1аЦ,-4). 0,(4) вычисл ют значени  функции (3) дл  найденных значений корней ш и за оценку частоты сигнала принимают корень , соответствующий первому наибольшему максимуму функции (3), если двигатьс  по оси частот от нул  в положительном направлении. 4. Оценивают фазу ф исследуемого сигнала 51п(а)/+ф), дл  чего сначала определ ют функцию - 2 sin ш ti fft arctg „ 2 °S i i l затем вычисл ют оценку фазы, определ емой в пределах от О до 2 :

(6)

«Р ft + Р

причем коэффициент р следующим образом зависит от знаков числител 

п

V

У - - Zj sin

и знаменател 

л

. v

л; 2j COS u)ti

i l

Устройство дл  реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Исследуемый сигнал подаетс  на формирователь 1, который вырабатывает импульс в момент пересечени  смесью сигнала с шумом нулевого уровн  снизу вверх. Измеритель 2 фиксирует врем  по влени  этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдени , и результаты измерений ввод тс  в вычислитель 3, который выполн ет описанные выше вычислительные операции. выражени  (5) 2 Л5г0 Пусть задана выборка (фиг. 1), состо ща  из четырех иулей, моменты по влени  которых соответственно равны /j, t, t, t. Нуль, по вившийс  в момент времени 4,  вл етс  ложиым и возникает сразу же вслед за нулем , по вившимс  в момент времени 2Остальные нули следуют с периодом Т, т. е. 2т. частота сигнала равпа со -. Совместив начало отсчета со временем по влени  первого нул , можно записать t, Q-t,t. Т, t, 2Г Уравнение (4) дл  рассматриваемого примера сводитс  к уравнению 81пшГ(1 + COS со Г) О корни которого равны , -.  2л З  шь - и, ; -, .... Тт Т Вычисление значений функции (3) дл  найденных значений корней дает . 1 ДО) I 10, 2,... Отсюда в соответствии с правилом оценку частоты сигнала принимаетс  со И частота определ етс  верно. Дл  определени  фазы вычислим выражеп   ПИЯ w -Ssinco i и (, которые дл  рассматриваемого примера принимают значени  и . Тогда, использу  выражеие (5), имеем , на основании выражени  (7) р 0 (или 2), и оценкой фазы в соотетствии с выражением (6)  вл етс  (или 2). Поскольку начало отсчета совпадает о временами по влени  первого нул , полуенна  оценка фазы также  вл етс  правильВ качестве формировател  1 может быть использована люба  порогова  схема. Измеритель 2  вл етс  цифровой схемой, определ юпдей число импульсов эталонной счетной сетки в интервале времени от начал интервала наблюдени  до данного импульса формировател . В качестве вычислител  3 может быть применено специализированное устройство или использована люба  универсальна  вычислительна  машина, пам ть которой имеет достаточную емкость дл  запоминани  всех вводимых данных и выполнени  вычислений .

Предмет изобретени 

Цифровой способ измерени  частоты и фазы гармонического сигнала в шумах по данпым выборки нулей смеси сигнала с шумом, отличающийс  тем, что, с целью измерени  частоты и фазы гармонического сигнала в шумах как при большом, так и (дл  достаточно длинной выборки), при малом уровне сигнала без привлечени  опорного колебани , формируют импульсы напр жени  в моменты пересечени  смесью сигнала с шумом нулевого ypoBtiH снизу вверх, измер ют врем  цо влени  этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдени , затем определ ют частоту и фазу, причем за оценку частоты принимаетс  значение частоты, не равное нулю и соответствуюшее первому наибольшему максимуму энергетического спектра выборки, а за оценку фазы - фаза составл юшей спектра на этой частоте.

Сигнал

f oppeлupyющee ffo eSanue