SU1679405A1 - Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала - Google Patents
Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- SU1679405A1 SU1679405A1 SU894704610A SU4704610A SU1679405A1 SU 1679405 A1 SU1679405 A1 SU 1679405A1 SU 894704610 A SU894704610 A SU 894704610A SU 4704610 A SU4704610 A SU 4704610A SU 1679405 A1 SU1679405 A1 SU 1679405A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- phase
- output
- signal
- registers
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в технике св зи, радионавигационных системах , физических приборах. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени фазы и упрощение i устройства. Устройство содержит полосовой фильтр 1, преобразователь напр жени в код 2, сумматор 3, регистры 4 и 5, вычислитель фазы 6, блок 7 управлени . Особенностью изобретени вл етс то, что дл выделени сигнала из помех использован согласованный цифровой фильтр, два отсчета на выход которого в момент окончани действи сигнала используютс дл вычислени фазы сигнала по алгоритму Волдера. При этом удвоение частоты дискретизации относительно минимальной по Найквисту-Котель- никову позвол ет исключить операции умножени . 3 ил.
Description
сл
с
Os
4 VI О Јь О СП
Фиг. /
Изобретение относитс к радиоизмерени м , может быть использовано в технике св зи, радионавигационных системах, физических приборах.
Цель изобретени - повышение точности и упрощение устройства при измерении синусоидальных сигналов.
На фиг. 1 приведена структурна электрическа схема цифрового устройства дл измерени фазы сигнала; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - структурна электрическа схема блока управлени .
Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала включает полосовой фильтр 1, преобразователь 2 напр жение - код, сумматор 3, первый 4 и второй 5 регистры, вычислитель 6 фазы, блок 7 управлени . Вход полосового фильтра 1 вл етс входом устройства , выход полосового фильтра 1 соедин етс с входом преобразовател 2 напр жение - код, к выходу которого подключен первый вход сумматора 3, выход последнего соединен с последовательно соединенным первым 4 и вторым 5 регистрами , выход второго регистра 5 подключен к второму входу сумматора 3. Выходы регистров 4 и 5 соедин ютс соответственно с первым и вторым входами вычислител 6 фазы. Первый выход блока 7 управлени соединен с вторым входом преобразовател 2 напр жение - код, а первый и второй выходы его подключены соответственно к входам регистров 4 и 5, входам вычислител 6 фазы, выход которого вл етс выходом устройства.
Оптимальное выделение из помехи гармонического сигнала вида
S(nT) gcsln(WcT+ p);
п 0,1,2N-1,(1)
где (Ос углова частота сигнала;
р- начальна фаза;
Т - период дискретизации, обеспечиваетс цифровой согласованной фильтрацией сигнала, осуществл емой в цифровом фильтре с импульсной характеристикой:
hn (slncocT)1 sin (n + 1)tyc Т; п 0,1 ,...N-1, (2)
соответствующей передаточной функции рекурсивного цифрового фильтра
H(z) (1 + + z 2r1
где b 2cos (UcT - коэффициент.
Алгоритм работы такого фильтра описываетс рекуррентным выражением
уп хп-Ьуп-1-уп-2; п 0.1N-1, ( 4)
где хп и уп - отсчеты соответственно входного и выходного сигналов, причем уп 0 при п 0.
При цифровом измерении фаз должно выполн тьс соотношение
10
If Nfc,
(5)
где fc - частота сигнала;
f& - частота дискретизации; I, N - целые и fA 2fc. Коэффициенты импульсной характери- стики (2) имеют нулевое значение при п N-1;hn-i 0.
Это обсто тельство делает идентичными частотные характеристики фильтра в момент времени NT-N и NT-2T
I ) I A2 (ft/T.n) + B2(u/r,n)Ј , (6)
25
где A (wT, n) У hi sin IcuT; В (еыТ, n):
m cos kuT.
о
Отсчеты у, и выходного сигнала, вы- Зо деленные в моменты стационарного режима NT-T и NT-2T, вл ютс отсчетами синусоидального колебани и могут быть использованы дл вычислени фазы.
Показано, что p arctg С t2- -D(7), 35УМ-1
где С cos OfcT и D ctg ufcT - посто нные. Процедура измерени фазы синусоидального сигнала включает в себ алго-. ритм цифровой фильтрации (4) и алгоритм
40 вычислени фазы (7). Упрощение этих алгоритмов возможно при частоте дискретизации входного сигнала Тд 4fc. В этом случае ftfcT л/2 , b О, С 1, D 0, а алгоритм измерени фазы получает вид
45
Уп хп-уп-2; n 0,1,2N-1(8)
arctg t2-,
УМ-1
причем уп 0 при п. 0. 50 Выполнение соотношени (5) позвол ет иметь в моменты NT-T и NT-2T идентичные частотные характеристики цифрового фильтра (установившийс режим работы), благодар чему отсчеты сигнала на выходе ЦФ в 55 эти моменты времени будут вл тьс отсче- тами синусоидального колебани . Действительно , при (5) коэффициент импульсной характеристики (2) hn - 0, поэтому
Н ( N -1) Н (е-1 ,N-2),
что следует из (6). Отсчеты сигнала на выходе ЦФ в моменты времени NT-T и NT-2T сдвинуты относительно входного сигнала на-угол, который определ етс из фазоча- стотной характеристики фильтра
- «-&$$.
При выполнении (5) 9(fiJfcT, N - (, N - 2) 5 ftfcT,
где искомые отсчеты выходного сигнала можно представить в виде
yN-i ac1sln(),
ум-2 ас 1sln(p - тт - ufcT). i
Преобразуем последнее выражение
W 2 (cosft cT)yN -1 - (slncutT) ac cos(p -т), отсюда
VN-2 (cQSUfcT )ум-1 W (SlnftfcT)yN-1
и ()
Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала работает следующим образом .
Смесь синусоидального сигнала и помехи через полосовой фильтр 1 полосовой прозрачности Af, определ емой частотой дискретизации 1д входного сигнала x(t) ac.sjn(ufct ), подаетс на преобразователь 2 напр жение - код, с выхода которого последовательность отсчетов дискретизированного входного сигнала хп - ас sln(ftfcnT + p) в цифровой форме поступает в цифровой согласованный фильтр, состо щий из сумматора 3, регистров 4 и 5 и осуществл ющий оптимальное выделение синусоидального сигнала из помех в течение интервала времени наблюдени NT. Выход сумматора 3 вл етс выходом этого фильтра, первый 4 и второй 5 регистры служат дл запоминани двух предыдущих отсчетов выходного сигнала, который образуетс сложением в сумматоре 3 входного сигнала и сигнала с инверсного выхода второго регистра 5. Вычислитель 6 фазы определ ет значение фазы р, использу отсчеты выходного сигнала цифрового
согласованного фильтра в момент окончани выделени синусоидального сигнала. Вычисление фазы производитс по алгоритму Волдера с помощью простых операций
5 сдвига и сложени .
Блок 7 управлени генерирует две серии импульсов, обеспечивающих работу измерител фазы.
Согласно прин тому алгоритму дл од0 ного измерени фазы синусоидального сигнала в цифровом фильтре должна быть обработана реализаци цифрового сигнала, состо ща из N отсчетов. Частота дискрети- зации/Рд входного сигнала вустройстве при5 нимаетс равной учетверенной частоте синусоидального колебани f 4f , поэтому отсчеты оценок фазы (р на выходе устройства при поточной обработке сигнала по вл ютс с интервалом, равным N/f, т.е.
0 с частотой
тдч, fo/N 4fc/N.
При таком соотношении частот дискре- 5 тизации входного и выходного сигналов обеспечиваетс некоррелированность результатов измерени фазы.
В изобретении алгоритм работы цифрового фильтра имеет вид
р
Уп хп-уп-2: п 0,1,2N-1,
где уп у(пТ), хп х(пТ),
и реализуетс схемой, содержащей сумма5 тор и два регистра. Цифрова фильтраци осуществл етс при подаче серии U1 импульсов дискретизации с частотой Тд одновременно на входы синхронизации ИС регистров 4 и 5, а серии U2 импульсов с
0 частотой тду- на входы сброса этих ИС (временна диаграмма работы цифрового фильтра показана на фиг. 2). Правильность работы цифрового фильтра обеспечиваетс заданием длительности Ти
5 импульсов дискретизации, удовлетвор ющим соотношению
/
Трг Ти Трг4 Тем,
где ГрГ игсм - задержки импульса соответ- 0 ственно в регистре и сумматоре. Использование серии U1 и U2 в схеме Волдера аналогично.
Моментом окончани выделени синусоидального сигнала при каждом измере- 5 нии фазы можно считать задний фронт (N-1)-ro импульса дискретизации входного сигнала.
Вычислительна ошибка при М приближени х не превысит величины , т.е. вы-числение фазы при достаточно большом М может быть произведено практически точно. В отсутствие операций умножени в цифровом фильтре инструментальна погрешность измерени фазы св зана с квантованием входного сигнала, при этом практическа наибольша ошибка измерени фазы
$наиб.
гҐгде g - разр дность числовой части отсчета входного сигнала.
Например, при 1 15, g 12, N 60 наибольша инструментальна погрешность
равна I- и становитс по величине
одного пор дка с наибольшей ошибкой, обусловленной входной помехой, лишь при Јнаиб.вх - 2 . Квантование результатов умножени дает еще большую ошибку
Јнаиб.умн. - 2 Q | Т §наиб.умн. 2 .
Неизбежное при этом квантование коэффициента b приводит к смещению частотной характеристики фильтра, что вл етс дополнительным источником погрешности измерени фазы.
Вычислитель 6 фазы осуществл ет преобразование вида arctg по алгоритму
Вол дера.
Блок 7 управлени содержит генератор серии импульсов U1 (фиг. 3), следующих с частотой тд. С помощью этой серии генерируетс и сери U2, импульсы которой снимаютс с выхода двоичного счетчика с коэффициентом пересчета, равным N. Сумматор 3, регистры 4 и 5 - параллельного типа, могут быть выполнены так же, как и блоки на ИС серий К155, К133, К555.
Таким образом, исключение операций умножени при измерении фазы синусоидального сигнала на фоне помех позвол ет не только упростить устройство, но и
повысить инструментальную точность измерени , что позвол ет расширить область применени такого измерител фазы. Каскадна структура устройства позвол ет организовать поточную обработку
сигнала.
Claims (1)
- Формула изобретени Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала, содержащее цифровой фильтри вычислитель фазы, выход которого вл етс выходом устройства, соединенные после- довательно, блок управлени , клемму Вход, отличающеес тем, что, с целью повышени точности и упрощениустройства при расширении функциональных возможностей, введены полосовой фильтр и преобразователь напр жение - код, соединенные последовательно, цифровой фильтр выполнен в виде сумматора и первого и второго регистров, соединенных последовательно, выход второго регистра соединен с вторым входом сумматора, а выходы первого и второго регистров вл ютс , соответственно, первым и вторым выходами цифрового фильтра , .причем первый выход блока управлени соединен с преобразователем напр жение - код, первыми управл ющими входами соответственно первого, второго регистров и вычислител фазы, второй выход которого соединен с вторыми обнул ющими входами соответственно первого, второго регистров и вычислител фазы, вход полосового фильтра соединён с клеммой Вход, а выход преобразовател напр жение - код - с входом цифрового фильтра.An. 2.Фиг. J
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894704610A SU1679405A1 (ru) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU894704610A SU1679405A1 (ru) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1679405A1 true SU1679405A1 (ru) | 1991-09-23 |
Family
ID=21453932
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU894704610A SU1679405A1 (ru) | 1989-06-14 | 1989-06-14 | Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1679405A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654945C1 (ru) * | 2017-06-01 | 2018-05-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Цифровой способ измерения фазы гармонического сигнала |
-
1989
- 1989-06-14 SU SU894704610A patent/SU1679405A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Родин Е.А., Яковлев Л.А. Алгоритм цифрового измерени фазы. - Электросв зь, 1985, № 9,с. 55-57. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654945C1 (ru) * | 2017-06-01 | 2018-05-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Цифровой способ измерения фазы гармонического сигнала |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4715000A (en) | Digital phase-locked loop and frequency measuring device | |
KR870006719A (ko) | 샘플링 주파수 변경 장치 | |
SU1679405A1 (ru) | Цифровое устройство дл измерени фазы сигнала | |
US5361036A (en) | Complex digital demodulator employing Chebychev-approximation derived synthetic sinusoid generation | |
US3631339A (en) | Method and apparatus for high-resolution spectral analysis | |
RU2030092C1 (ru) | Цифровой синтезатор частот | |
US3761916A (en) | Analog to digital converter | |
SU1374398A2 (ru) | Цифровой синтезатор частоты | |
US5157344A (en) | Digital quadrature phase detector for angle modulated signals | |
SU1327307A2 (ru) | Цифровое устройство фазовой синхронизации | |
SU1674169A1 (ru) | Генератор гармонических функций | |
SU1109859A1 (ru) | Двухканальный генератор гармонических колебаний | |
SU1497703A1 (ru) | Цифровой синтезатор частот | |
SU1282021A1 (ru) | Анализатор сопротивлений систем промышленного электроснабжени | |
SU1636787A1 (ru) | Аналого-цифровой анализатор спектра | |
SU1587658A1 (ru) | Устройство дл приема сигналов фазовой телеграфии | |
SU1152089A1 (ru) | Генератор инфранизких частот | |
SU1252860A1 (ru) | Устройство цифровой релейной защиты | |
SU1742812A1 (ru) | Указатель экстремума | |
SU1356184A1 (ru) | Балансный модул тор | |
SU1458926A1 (ru) | Способ управлени фильтром высшей гармоники в системе электроснабжени | |
SU1325451A1 (ru) | Цифровой генератор сложных сигналов | |
SU1392631A1 (ru) | Демодул тор сигналов фазовой телеграфии | |
US4470019A (en) | Rate multiplier square root extractor with increased accuracy for transmitter applications | |
RU1774464C (ru) | Цифровой синтезатор частот |