Впт ь

 

390468

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 09.Х1.1971 (№ 1711989/18-10) с присоединением заявки ¹â€”

Приоритет—

Опубликовано 11.VI1,1973. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 13.III.1974

М. Кл, 6 01r 25/00

G 01г 23/00

Тасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

УДК 621.317.772 (088.8) Авторы изобретения

И. Н. Гольдштейн и Л. П. Рофварг

Заявитель

ЦИФРОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ И ФАЗЫ

ГАРМОНИЧЕСКОГО СИГНАЛА (2) 30

Изобретение относится к технике радиоизмерений.

Известны цифровые способы измерения частоты и фазы гармонического сигнала по данным выборки нулей смеси сигнала с шумом, однако большинство из них из-за возникновения ложных нулей независимо от объема выборки нельзя применять при малом отношении сигнал/шум.

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

Для определения частоты и фазы гармонического сигнала в шумах как при большом, так и (для достаточно длинной выборки) при малом уровне сигнала без привлечения опорного колебания предлагается способ, по которому формируют импульсы напряжения в моменты пересечения смесью сигнала с шумом нулевого уровня снизу вверх, измеряют время появления этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения, затем определяют частоту и фазу, причем за оценку частоты принимается значение частоты, не равное нулю и соответствующее первому наибольшему максимуму энергетического спектра выборки, а за оценку фазы — фаза составляющей спектра па этой частоте.

Как и для известных способов, степень априорного значения частоты предполагается такой, что за оценку частоты пе может быть принята частота гармоники.

Если выборку нулей смеси сигнала с шумом объемом и в моменты времени 1; интер10 претировать последовательностью дельтафункций б (t — 4), то одним из возможных критериев оптимального определения частоты и фазы сигнала является максимум взаимной корреляции этой последовательности с неко15 торой гармонической функцией, параметры которой подлежат определению. В качестве последней при постоянной на интервале наблюдения частоте измеряемого сигнала целесообразно выбрать косинусоиду, и тогда взаимная корреляция по частоте эквивалентна преобразованию Фурье от последовательности отсчетов.

Итак, задавая выборку отсчетов в виде: и

25 f(t) = 2 (t — т) для ее спектра имеем: сю и

F(

390468

Максимум взаимной корреляции по частоте выражения (5) соответствует максимуму энергетического спектра

О х 0 у)0

1 <х(0 у. О х(0 у(0

2 х О у(0 (7) л и

IF()i = Х асов (— .). (3) корни которого равны

2л Зи т т ш,— О, т

35 — g sfn t; ю=т р,= are ig

icos tc

1=1 (5) $ = Qcc + ccrc+ (6) у = — Q sin rotc

c=c и знаменателя х =. соз аtc

c=c а начальная фаза наилучшим образом коррелирующей кос инусоиды равна фазе спектральной составляющей в максимуме спектра.

На фиг. 1 показан график измерения частоты и фазы гармонического сигнала по описываемому способу; на фиг. 2 — устройство для реализации способа.

Устройство содержит формирователь 1, измеритель 2, фиксирующий время появления импульсов 2, вычислитель 3.

Измерения по предлагаемому способу проводят в следующей последовательности.

1. Формируют импульсы напряжения в моменты пересечения смесью сигнала е шумом нулевого уровня снизу вверх.

2. Измеряют время 1; появления этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения (в отличие от обычно вцполняемых измерений относительно опорного сигнала).

3. Оценивают частоту сигнала а, для чего вычисляют корни а уравнения и и

Х g (tc — tq) sin e(tc — / ) = О, (4)

1=1 2=1 вычисляют значения функции (3) для найденных значений корней со< и за оценку частоты сигнала принимают корень со О, соответствующий первому наибольшему максимуму функции (3), если двигаться по оси частот от нуля в положительном направлении.

4. Оценивают фазу р исследуемого сигнала

sin (cot+q:), для чего сначала определяют функцию затем вычисляют оценку фазы, определяемой в пределах от 0 до 2cr,: причем коэффициент р следующим образом зависит от знаков числителя

Пусть задана выборка (фиг. 1), состоящая из четырех нулей, моменты появления кото10 рых соответственно равны 1,, 4, 4, t4. Нуль, появившийся в момент времени t3, является ложным и возникает сразу же вслед за нулем, появившимся в момент времени t2.

Остальные нули следуют с периодом Т, т. е.

15 2и частота сигнала равна о= —. т

Совместив начало отсчета со временем появления первого нуля, можно записать

t,=0; t =t =Т, tc — — 2Ò

Уравнение (4) для рассматриваемого примера сводится к уравнению

sin а T(1 + cos О T) = О

Вычисление значений функции (3) для найденных значений корней дает (Р(0)/ =10, "()I =2, IF()I =10, F =2,...

Отсюда в соответствии с правилом 3 за

2л оценку частоты сигнала принимается в= —, т

40 и частота определяется верно.

Для определения фазы вычислим выражеи л пия g — Zscrccotc и x=Zcos (otc, KQTopbce Для

c=c c=c

45 рассматриваемого примера принимают значения у=О и х=4. Тогда, используя выражение (5), имеем Yc,=O, на основании выражения (7) р=О (или 2), и оценкой фазы в соответствии с выражением (6) является р — O

50 (или 2). Поскольку начало отсчета совпадает со временами появления первого нуля, полученная оценка фазы также является правильной.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Исследуемый сигнал подается на формирователь 1, который вырабатывает импульс в момент пересечения смесью сигнала с шу60 мом нулевого уровня снизу вверх. Измеритель 2 фиксирует время появления этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения, и результаты измерений вводятся в вычислитель 3, который выполняет б5 описанные выше вычислительные операции, 390468

Фиг я

Составитель Л. Прохорова

Техред 3. Тараиеико

Редактор С. Хейфиц

Корректор Е, Хмелева

Заказ 525fl Изд. № 2055 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д.4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

В качестве формирователя 1 может быть использована любая пороговая схема. Измеритель 2 является цифровой схемой, определяющей число импульсов эталонной счетной сетки в интервале времени от начал интервала наблюдения до данного импульса формирователя. В качестве вычислителя 3 может быть применено специализированное устройство или использована любая универсальная вычислительная машина, память которой имеет достаточную емкость для запоминания всех вводимых данных и выполнения вычислений.

Предмет изобретения

Цифровой способ измерения частоты и фазы гармонического сигнала в шумах по данпым выборки нулей смеси сигнала с шумом, от ги гагогггиггся. тем, что, с целью измерения частоты и фазы гармонического сигнала в шумах как при большом, так и (для доста5 точно длин ой выборки), при малом уровне сигнала без привлечения опорного колебания, формируют импульсы напряжения в моменты пересечения смесью сигнала с шумом нулевого уровня снизу вверх, измеряют время появ10 лепия этих импульсов относительно начала данного интервала наблюдения, затем определяют частоту и фазу, причем за оценку частоты принимается значение частоты, не равное нулю и соответствующее первому наи15 большему максимуму энергетического спектра выборки, а за оценку фазы — фаза составляющей спектра на этой частоте.