Способ определения частоты сигнала

 

Использование: радиотехнические и информационно-измерительные системы, функционирующие в реальном масштабе времени. Сущность изобретения: в пределах частотной полосы анализа производят селекцию частотных составляющих принятого сигнала по двум наборам частотных участков, каждый из которых перекрывает полосу анализа. Средние частоты участков с одинаковыми номерами наборов совпадают, при этом ширина участков первого набора больше ширины соответствующих участков второго набора. По первому набору участков выделяют участок с максимальным уровнем частотной составляющей и измеряют разность фаз частотных составляющих, отселектированных в участках первого и второго наборов с выделенным номером. По измеренной разности фаз формируют частотное рассогласование частоты сигнала и средней частоты выделенного участка и измеряют частоту принятого сигнала путем сложения средней частоты выделенного участка и соответствующего частотного рассогласования. Частотное рассогласование формируют путем уменьшения измеренной разности фаз пропорционально значению крутизны ФЧХ цепи селекции выделенного частотного участка первого набора. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано в радиотехнических и информационно-вычислительных системах, функционирующих в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является повышение точности определения.

На фиг. 1-3 приведены спектрограммы, поясняющие способ; на фиг.4 приведена структурная схема устройства, реализующего способ.

Способ осуществляется следующим образом.

Пусть необходимо определить частоту входного сигнала вида U_вх(t)=А_ssin( ω_s t+ +ϕ_HS ), где А_s - амплитуда; ω_s=2πf_s - частота; ϕ_HS- начальная фаза входного сигнала.

Перед измерением частоты сигнала производятся его предварительная селекция по частоте с целью формирования частотной полосы анализа шириной Δ F_а и усилия, обеспечивающего требуемую чувствительность. Затем в пределах полосы анализа выделяются два набора частотных участков, содержащих одинаковое количество участков М. Частотные участки первого и второго наборов с одинаковыми номерами имеют одинаковые средние частоты, но ширина участков первого набора больше ширины участков второго набора (фиг.1). Каждый из обоих наборов частотных участков перекрывает полосу анализа. По каждому из них производится селекция соответствующих частотных составляющих. Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) и фазочастотные характеристики (ФЧХ) цепей селекции частотных составляющих первого и второго наборов могут быть описаны следующим образом (фиг.2,з).

Цепи селекции, соответствующие первому набору частотных участков: (1) где Н_1i(f) - АЧХ цепи селекции по i-му участку первого набора; ϕ_1i (f) - ФЧХ цепи селекции по i-му участку первого набора; i=1,2,...,М - номер участка в наборе.

Цепи селекции, соответствующие второму набору частотных участков: (2) где Н_2i(f) - АЧХ цепи селекции по i-му участку второго набора; ϕ_2i(f) - ФЧХ цепи селекции по i-му участку второго набора; i=1,2,...,М - номер участка в наборе; m - положительный коэффициент, больший единицы.

Причем (3) maх{ ζ (f-f_срi)}= ζ (0) при f=f_срi, где ζ (f-f_ср) - функция, описывающая АЧХ i-й цепи селекции первого набора; Δ f_а1i - ширина i-го частотного участка первого набора;
f_срi - средняя частота i-го частотного участка первого набора.

Ψ(f-f_срi) = α_i(f-f_срi) при f_срi+ ≥ f ≥ f_срi- (4)
Ψ(f-f_срi) = ± π при f < f где Ψ (f-f_срi) - функция, описывающая ФЧХ цепи селекции, соответствующей i-му частотному участку первого набора;
α_i - крутизна ФЧХ цепи селекции i-го частотного участка первого набора.

ΔF_a = f_a2i
Сигналы после селекции частотных составляющих по первому и второму наборам частотных участков описываются следующим образом:
по первому набору участков:
{А_2isin( ω_it+ϕ_н1i)}_М (5) где А_1i=А_sН_1i(f_s)=А_s ζ (f-f_срi);
ϕ_н1i=ϕ_нs+ϕ_1i(f_c) = ϕ_нs+Ψ (f_s -f_срi);
ω_i=2πf_cpi ;
по второму набору участков:
{А_2i sin( ω_it+ϕ_н2i)}_M, (6)
где А_2i=А_sН_2i(f_s)=А_s ζ (f-f_срi)
ϕ_н2i=ϕ_нs+ϕ_2i(f_s) = ϕ_нs+mΨ (f_s -f_срi);
В массиве сигналов после селекции по первому набору частотных участков сигнал с максимальной амплитудой будет в том участке, у которого частотное рассогласование средней частоты с частотой входного сигнала минимальное:
(7) где А_1maх - максимальное значение амплитуды сигнала после селекции частотных составляющих по первому набору участков;
Δ f_рi=f_s-f_срi - частотное рассогласование средней частоты i-го частотного участка с частотой входного сигнала.

Разность фаз отселектированных сигналов в частотных участках первого и второго наборов с номером ms равна:
=- =(m-1)Ψ(f_s-f) = α_i(m-1)(f_s-f) (8)
Формируемое частотное рассогласование между средней частотой участка с зафиксированным номером n_s и частотой входного сигнала равно:
Δf= = f_s-f (9)
Произведя сложение средней частоты зафиксированного частотного участка с номером n_s и измеренного частотного рассогласования, получаем в результате искомое значение частоты входного сигнала:
f+ Δf= f_s (10)
Устройство, реализующее способ (фиг.4), состоит из широкополосного тракта 1, первого и второго наборов 2, 3 узкополосных фильтров, каждый из которых включает М фильтров (2.1-2. М, 3.1-3.М соответственно), набора 4 амплитудных детекторов, содержащего М амплитудных детекторов 4.1-4.М, коммутаторов 5, 6, решающего устройства 7, измерителя 8 разности фаз, формирователя 9 средней частоты фильтров, делителя 10 и сумматора 11.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал U_вх(t) поступает на вход широкополосного тракта 1, где производится его предварительная селекция по частоте и усиление. Предварительная селекция по частоте обеспечивает формирование требуемой полосы анализа сигналов Δ F_а, а предварительное усиление обеспечивает требуемую чувствительность. С выхода широкополосного тракта 1 сигнал поступает на входы наборов 2, 3 узкополосных фильтров, каждый из которых перекрывает полосу анализа Δ F_а. Частоты настройки (средние частоты полос пропускания) узкополосных фильтров первого и второго наборов с одинаковыми номерами совпадают, а полосы пропускания фильтров первого набора больше полос пропускания соответствующих фильтров второго набора. Отселектированные частотные составляющие входного сигнала с выходов первого набора 2 узкополосных фильтров поступают на соответствующие входы набора 4 амплитудных детекторов, реализующих измерение амплитуды частотных составляющих. Решающее устройство 7 производит сравнение значений амплитуды частотных составляющих и выделение максимального значения с фиксацией номера n_s соответствующего узкополосного фильтра. Код номера n_s зафиксированного узкополосного фильтра поступает на управляющие входы первого 5 и второго 6 коммутаторов сигналов, которые подключают к первому и второму входам измерителя 8 разности фаз выходы фильтров соответственно наборов 2,3 с зафиксированным номером n_s. Измеренное значение разности фаз с выхода измерителя 8 поступает на делитель 10, на выходе которого формируется значение частотного рассогласования между частотой настройки узкополосных фильтров с номером ns и частотой входного сигнала.

Значение частоты сигнала f_s формируется на выходе сумматора 11, на вход которого поступают значения частотного рассогласования Δ f_р и средней частоты f_срs полосы пропускания фильтра с зафиксированным номером ns. Значение f_срs формируется формирователем 9 средней частоты фильтра по значению номера соответствующего фильтра с номером n_s, поступающему с решающего устройства 7.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛА, заключающийся в приеме входного сигнала в пределах частотной полосы анализа, селекции частотных составляющих принятого сигнала по набору частотных участков, перекрывающему диапазон полосы анализа, измерении амплитуд отселектированных частотных составляющих и выделении максимального значения амплитуды с фиксацией номера соответствующего частного участка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, производят одновременную селекцию частотных составляющих принятого сигнала по двум наборам частотных участков, каждый из которых перекрывает диапазон полосы анализа, и средние частоты участков первого и второго наборов с одинаковыми номерами совпадают, при этом ширина участков первого набора больше ширины соответствующих участков второго набора, измерение амплитуд отселектированных в первом наборе участков частотных составляющих и выделение максимального значения амплитуды с фиксацией номера n_s соответствующего частотного участка, измерение разности фаз частотных составляющих, отселектированных в частотных участках первого и второго наборов с фиксированным номером n_s, формирование частотного рассогласования частоты входного сигнала и средней частоты фиксированного частотного участка с номером n_s путем уменьшения измеренного значения разности фаз пропорционально значению крутизны фазочастотной характеристики соответствующей цепи селекции частотной составляющей, измерение частоты принятого сигнала путем сложения средней частоты зафиксированного частотного участка с номером n_s и соответствующего частотного рассогласования с входным сигналом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4