SU930153A1 - Signal phase fluctuation statistical characteristic analyzer - Google Patents

Description

Изобретение относится к радиризмерению, в частности, фазовых измерений и может быть использовано в радиотехнике и связи для аппаратурного · анализа статистических характеристик фазовых флюктуаций сигналов.The invention relates to radio measurement, in particular, phase measurements and can be used in radio engineering and communication for hardware · analysis of the statistical characteristics of phase fluctuations of signals.

Известен анализатор статистических характеристик фазовых флюктуаций сигналов, содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр нижних частот и кварцевый генератор, а ¹ также звуковой генератор,анализатор спектра, девиометр, измеритель индекса частотной'модуляции и индикатор мощности флюктуаций £lj<A known analyzer of statistical characteristics of phase fluctuations of signals, containing a series-connected phase detector, a low-pass filter and a crystal oscillator, as well as ¹ sound generator, spectrum analyzer, deviometer, frequency modulation index meter and fluctuation power indicator £ lj <

Недостатком этого анализатора является низкая точность измерений, особенно на высоких частотах, из-за влияния собственных фазовых флюктуаций подстраиваемого кварцевого генератора.The disadvantage of this analyzer is the low accuracy of measurements, especially at high frequencies, due to the influence of intrinsic phase fluctuations of the tunable crystal oscillator.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому является анализатор статистических характеристик фазовых флюктуаций сигналов, содержащий два узкополосных фильтра, соединенных последовательно, и фазовый детектор, один вход которого подключен к выходу основного фильтра, а также смеситель и широкополосный фильтр, при этом входы смесителя соединены соответственно со входом основного фильтра и выходом дополнительного фильтра, а выход смесителя через широкополосный фильтр подсоединен к одному из входов фазового детектора [2].The closest in technical essence and combination of essential features to the proposed one is an analyzer of statistical characteristics of phase fluctuations of signals, containing two narrow-band filters connected in series, and a phase detector, one input of which is connected to the output of the main filter, as well as a mixer and a wide-band filter, while the inputs the mixer are connected respectively to the input of the main filter and the output of the additional filter, and the output of the mixer through a broadband filter is connected to one one of the inputs of the phase detector [2].

Однако точность измерений такого устройства низка из-за влияния нестабильности частоты сигнала на результаты измерений, поскольку фазовые характеристики реальных фильтров неидентичны и под влиянием дестабилизирующих факторов изменяются по разному во времени.However, the accuracy of the measurements of such a device is low due to the influence of the instability of the signal frequency on the measurement results, since the phase characteristics of real filters are not identical and, under the influence of destabilizing factors, vary differently in time.

Цель изобретения - повышение точности измерений.The purpose of the invention is improving the accuracy of measurements.

930153 4930153 4

Эта цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее узкополосный фильтр, выход которого подключен.к одному из входов фазового детектора, дополнительно введены два фильтра нижних частот, фазовращатель, инерционный фазовращатель, электродвигатель, фазометр и блок обработки информации, причем вход инерционного фазовращателя соединен со входной клеммой, а выход - с одним из входов фазометра и входом фазовращателя, выход которого подключен ко входу узкополосного фильтра, и вторыми входами фазометра и фазового детектора, выход которого подключен ко входам обоих фильтров нижних частот, причем выход первого фильтра нижних частот подключен к управляющему входу фазовращателя, ’а. выход второго - к управляющему входу электродвигателя; вал которого соединен с осью инерционного фазовращателя, кроме того, выход фазометра подключен ко входу блока обработки информации.This goal is achieved by the fact that in the known device containing a narrow-band filter, the output of which is connected to one of the inputs of the phase detector, two low-pass filters, a phase shifter, an inertial phase shifter, an electric motor, a phase meter and an information processing unit are additionally introduced, the input of the inertial phase shifter being connected with an input terminal, and the output with one of the inputs of the phase meter and the input of the phase shifter, the output of which is connected to the input of the narrow-band filter, and the second inputs of the phase meter and phase detector, the output to torogo connected to the inputs of two low-pass filters, the output of the first lowpass filter connected to the control input of the phase shifter, 'as well. the second output is to the control input of the electric motor; whose shaft is connected to the axis of the inertial phase shifter, in addition, the phasemeter output is connected to the input of the information processing unit.

На чертеже приведена структурная схема анализатора статистических .характеристик фазовых флюктуаций chi налов.The drawing shows a structural diagram of an analyzer of statistical characteristics of phase fluctuations of chi nals.

Устройство содержит инерционный фазовращатель 1, фазовращатель 2, узкополосный фильтр 3, фазовый детектор 4, фильтры 5 и 6 нижниХ частот, электродвигатель 7, фазометр 8 и блок 9 обработки информации. Вход инерционного фазовращателя 1 соединен , со входной клеммой, а выход - с одним из входов фазометра 8 и входом фазовращателя 2, выход которого подключен к другому входу фазометра 8, а также ко входам фазового детектора 4 (к одному непосредственно, а к другому через узкополосный фильтр 3). Выход фазового детектора 4 подключен ко входам фильтров 5 и 6 нижних частот. Выход фильтра 5 нижних частот соединен с управляющим входом фазовращателя 2, , а выход фильтра 6 нижних частот - с управляющим входом электродвигателя 7, вал которого соединен с осью инерционного фазовращателя 1. Выход фазометра 8 подключен ко входу блока 9 обработки информации.The device comprises an inertial phase shifter 1, a phase shifter 2, a narrow-band filter 3, a phase detector 4, low-pass filters 5 and 6, an electric motor 7, a phase meter 8, and an information processing unit 9. The input of the inertial phase shifter 1 is connected to the input terminal, and the output is connected to one of the inputs of the phasemeter 8 and the input of the phase shifter 2, the output of which is connected to the other input of the phasemeter 8, as well as to the inputs of the phase detector 4 (directly to one and to the other via a narrowband filter 3). The output of the phase detector 4 is connected to the inputs of the low-pass filters 5 and 6. The output of the lowpass filter 5 is connected to the control input of the phase shifter 2, and the output of the lowpass filter 6 is connected to the control input of the electric motor 7, the shaft of which is connected to the axis of the inertial phase shifter 1. The output of the phasemeter 8 is connected to the input of the information processing unit 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Исследуемый сигнал через инерционный фазовращатель 1 и фазовращатель поступает на вход узковолосного фильтра’ 3, в котором осуществляется временная задержка сигнала (на время, обратно пропорциональное полосе 5 пропускания узкополосного фильтра).The signal under investigation through the inertial phase shifter 1 and the phase shifter is fed to the input of the narrow-band filter ’3, in which the signal is temporarily delayed (by a time inversely proportional to the passband 5 of the narrow-band filter).

Сигнал ошибки, пропорциональный разности фаз исходного и задержанного сигналов, с выхода фазового детектора 4 через фильтры 5 и 6 нижних 10 частот поступает соответственно на управляющие входы фазовращателя 2 и электродвигателя 7. Если частота исследуемого сигнала не равна номинальной частоте, то разность фаз 15 между ^сходным и задержанным сигналами создает на выходе фазового детектора 4 постоянное напряжение сигнала ошибки, которое через фильтр 6 нижних частот подводится к электро2Q двигателю. При этом начинают вращаться электродвигатель 7 и инерционный фазовращатель 1, например индукционный фазовращатель(БИФ), который отрабатывает изменения частоты _м сигнала. Фазовращатель 2 вносит при этом постоянный фазовый сдвиг. Если фаза исследуемого сигнала флюктуирует, то на постоянную составляющую сигнала ошибки накладывается пере50 менная составляющая, пропорциональная исследуемым флюктуациям. Переменная составляющая через фильтр 5 нижних частот подается на малоинерционный фазовращатель 2, например электронный, который отрабатывает эти флюктуации. При этом граничная частота фильтра 5 нижних частот выбирается не ниже верхней частоты спектра исследуемых флюктуаций, а гранич₄₀ ная частота фильтра 6 нижних частот не выше нижней частоты спектра флюктуаций. В этом случае инерционный фазовращатель 1 отслеживает медленные .· уходы частоты, а фазовращатель 2 исследуемые фазовые флюктуации. Фазометр 8 осуществляет слежение за разностью фаз на входе и выходе фазовращателя 2, пропорциональной исследуемым флюктуациям, а в блоке 9 обработки информации определяются тре⁵⁰ буемые статистические характеристики фазовых флюктуаций по заданному алгоритму .An error signal proportional to the phase difference of the initial and delayed signals from the output of the phase detector 4 through the filters 5 and 6 of the lower 10 frequencies is supplied respectively to the control inputs of the phase shifter 2 and motor 7. If the frequency of the signal under study is not equal to the nominal frequency, then the phase difference 15 between ^ similar and delayed signals creates at the output of the phase detector 4 a constant voltage of the error signal, which is fed through the low-pass filter 6 to the electric 2Q motor. In this case, the electric motor 7 and the inertial phase shifter 1 begin to rotate, for example, an induction phase shifter (BIF), which processes changes in the frequency of the signal _m . Phase shifter 2 introduces a constant phase shift. If the phase of the signal under study fluctuates, then a variable component proportional to the studied fluctuations is superimposed on the constant component of the error signal. The variable component is supplied through a low-pass filter 5 to a low-inertia phase shifter 2, for example, an electronic phase shifter, which fulfills these fluctuations. In this case, the boundary frequency of the low-pass filter 5 is selected not lower than the upper frequency of the spectrum of the studied fluctuations, and the boundary _40th frequency of the low-pass filter 6 is not higher than the lower frequency of the fluctuation spectrum. In this case, the inertial phase shifter 1 monitors the slow ones. · Frequency drifts, and phase shifter 2 investigated phase fluctuations. Phase meter 8 performs tracking of the phase difference at the input and the output of the phase shifter 2, a proportional investigated fluctuations, and in the information processing unit 9 defined tre buoy ⁵⁰ statistical characteristics of phase fluctuations by a given algorithm.

Использование новых элементов: фазовращателя, инерционного фазовраща^и теля, двух фильтров нижних частот с разными граничными частотами, электродвигателя, отливает предлагаемое устройство от известного тем, что в * 930153 « .нем устраняется влияние нестабильности частоты сигнала на результат измерения и, тем самым повышается точность измерений.The use of new elements: a phase shifter, an inertial phase shifter ^{and a} body, two low-pass filters with different cut-off frequencies, an electric motor, casts the proposed device from the one known in that * 930153 "eliminates the effect of signal frequency instability on the measurement result and, thereby, improves accuracy measurements.

Испытания макета измерителя пока- $ зали, что при использовании узкополосного кварцевого фильтра / фазовращателя БИФ-025 на рабочей частоте 1 НГц, .отрабатываются уходы час-, тоты в пределах - 10 Гц. Кроме того, to следящая система,состоящая из узкополосного фильтра 3, фазового детектора 4, фильтра 5 нижних частот и фазовращателя 2, позволяет отслеживать фазовые флюктуации с точностью is до 2% в диапазоне флюктуаций до 30°.Tests of the prototype of the meter showed that when using a narrow-band quartz filter / phase shifter BIF-025 at an operating frequency of 1 NHz, frequency departures are processed, frequencies within - 10 Hz. In addition, to a tracking system consisting of a narrow-band filter 3, a phase detector 4, a low-pass filter 5 and a phase shifter 2, makes it possible to track phase fluctuations with an accuracy of up to 2% in the range of fluctuations up to 30 °.

Claims (2)

Изобретение относитс  к радиризмерению , 6 частности, фазовых измерений и может быть использовано в радио технике и св зи дл  аппаратурного анализа статистических характеристик фазовых флюктуации сигналов. Известен анализатор статистических характеристик фазовых флюктуации сигналов , содержащий последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр ниж них частот и кварцевый генератор, а также звуковой генератор,анализатор спектра, девиометр, измеритель индекса ч астотноймодул ции и индикатор мощности флюктуации СПс Недостатком этого анализатора  в л етс  низка  точность измерений, осо бенно на высоких частотах, из-за вли  ни  собственных фазовых флюктуации подстраиваемого кварцевого генератора . Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому  вл етс  анализатор статистических характеристик фазовых флюктуации сигналов, содержащий два узкополосных фильтра, соединенных последовательно, и фазовый детектор, один вход которого подключен к выходу основного фильтра, а также смеситель и широкополосный фильтр, при этом входы смесител  сое динены соответственно со входом основного фильтра и выходом дополнительного фильтра, а выход смесител  через широкополосный фильтр подсоединен к одному из входов фазового детектора t23. Однако точность измерений такого устройства низка из-за вли ни  нестабильности частоты сигнала на результаты измерений, поскольку фазовые характеристики реальных фильтров неидеитичны и под вли нием дестабилизирующих факторов измен ютс  по разному во времени. Цепь изобретени  - повышение точности измерений. Эта цель достигаетс  тем, что в известное устройство, содержащее узкополосный фильтр, выход которого подключен.к одному из входов фазовог детектора, дополнительно введены два фильтра нижних частот, фазовращатель инерционный фазовращатель, электродвигатель , фазометр и блок обработки информации, причем вход инерционного фазовращател  соединен со входной клеммой, а выход - с одним из входов фазометра и входом фазовращател , выход которого подключен ко входу узкополосного фильтра, и вторыми вхо дами фазометра и фазового детектора, выход которого подключен ко входам обоих фильтров нижних частот, причем выход первого фильтра нижних час тот подключен к управл ющему входу фазовращател , -а. выход второго - к управл ющему входу электродвигател ; вал которого соединен с осью инерционного фазовращател , кроме .того, выход фазометра подключен ко входу блока обработки информации. На чертеже приведена структурна  схема анализатора статистических .характеристик фазовых флюктуации си1 налов. Устройство содержит инерционный фазовращатель 1, фазовращатель 2, уз кополосный фильтр 3, фазовь|й детектор t, фильтры 5 и 6 нижних частот, электродвигатель 7, фазометр 8 и бло 9 обработки информации. Вход инерционного фазовращател  1 соединен , со входной клеммой, а выход - с одни из входов фазометра 8 и входом фазовращател  2, выход которого подключен к другому входу фазометра 8, а также ко входам фазового детектора 4 (к одному непосредственно, а к другому через узкополосный фильтр 3). Выход фазового детектора подключен ко входам фильтров 5 и 6 частот. Выход фильтра 5 нижних частот соединен с управл ющим входом фа зовращател  2, ,а выход фильтра 6 ниж них частот - с управл ющим входом электродвигател  7, вал которого соединен с осью инерционного фазовра щател  1. Выход фазометра В подключен ко входу блока 9 обработки инфор мации. Устройство работает следующим образом . Исследуемый сигнал через инерцион ный фазовращатель 1 и фазовращатель 2 поступает на вход узковолосного фильтра 3, в котором осуществл етс  временна  задержка сигнала (на врем , обратно пропорциональное полосе пропускани  узкополосного фильтра). Сигнал ошибки, пропорциональный разности фаз исходного и задержанного сигналов, с выхода фазового детектора через фильтры 5 и 6 нижних частот поступает соответственно на управл ющие входы фазовращател  2 и электродвигател  7. Если частота исследуемого сигнала не равна номинальной частоте, то разность фаз между I;)сходным и задержанным сигналами создает на выходе фазового детектора k посто нное напр жение сигнала ошибки, которое через фильтр 6 нижних частот подводитс  к электродвигателю . При этом начинают вращатьс  электродвигатель 7 и инерционный фазовращатель 1, например индукционный фазовращатель(БИФ), который отрабатывает изменени  частоты сигнала. Фазовращатель 2 вносит при этом посто нный фазовый сдвиг. Если фаза исследуемого сигнала флюктуи- . рует, то на посто нную составл ющую сигнала ошибки накладываетс  переменна  составл юща , пропорциональна  исследуемым флюктуаци м Переменна  составл юща  через фильтр 5 нижних частот подаетс  на малоинерционный фазовращатель 2, например электронный, который отрабатывает эти флюктуации. При этом гранична  частота фильтра 5 нижних частот выбираетс  не ниже верхней частоты спектра исследуемых флюктуации, а гранична  частота фильтра 6 нижних частот не выше нижней частоты спектра -флюктуации . В этом случае инерционный фазовращатель 1 отслеживает медленные уходы частоты, а фазовращатель 2 исследуемые фазовые (флюктуации. Фазометр 8 осуществл ет слежение за разностью фаз на входе и выходе фазовращател  2, пропорциональной исследуемым флюктуаци м, а в блоке 9 обработки информации определ ютс  требуемые статистические характеристики фазовых флюктуации по заданному алгоритму . Использование новых элементов: фазовращател , инерционного фазовращател , двух фильтров нижних частот с разными граничными частотами, электродвигател , отличает предлагаемое устройство от известного тем, что в , нем устран етс  вли ние нестабильности частоты сигнала на результат и мерени  и, тем самым повышаетс  точность измерений. Испытани  макета измерител  показали , что при использовании узкополосного кварцевого фильтра, фазовращател  БИФ-025 на рабочей частоте 1 МГц, .отрабатываютс  уходы частоты в пределах - 10 Гц. Кроме того, след ща  система,состо ща  из узкополосного фильтра 3 фазового детектора , фильтра 5 нижних частот и фазовращател  2, позвол ет отслежи вать фазовые флюктуации с точностью до 2% в диапазоне флюктуации до 30. Формула изобретени  Анализатор статистических характеристик фазовых флюктуации сигналов содержаний узкополосный фильтр, выход которого подключен к одному из входов фазового детектора, о т л и чающийс  тем, что, с целью повьюени  точности измерени j допол U-- 9 3 нительно введены два фильтра нижних частот, фазовращатель, инерционный фазовращатель, электродвигатель, фазометр и блок обработки информации, причем вход инерционного фазовращател  соединен со входной клеммой, а выход - с одним из входов фазометра и входом фазовращател , выход которого подключен ко входу узкопо- поеного фильтра, и вторыми входами фазометра и фазового детектора, выход которого подключен ко входам обоих фильтров нижних частот, при- чем выход первого фильтра «1жних частот подключен к управл ющему входу фазовращател , а выход второго - к управл ющему входу электродвигател , вал которого соединен с осью инерционного ф&amp;аовращател , кроме того, выход фазометра подключен ко входу блока обработю1 информации. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 552569, кл. G 01 R 25/00, 1976. The invention relates to radio measurement, 6 of particular phase measurement, and can be used in radio engineering and communications for instrumental analysis of the statistical characteristics of the phase fluctuations of signals. A known analyzer of statistical characteristics of phase signal fluctuations, containing a series-connected phase detector, a low-pass filter and a crystal oscillator, as well as a sound generator, a spectrum analyzer, a deviometer, a frequency modulator index meter, and a power fluctuation indicator. The accuracy of this analyzer is low measurements, especially at high frequencies, due to the influence of the intrinsic phase fluctuations of a tunable quartz oscillator. The closest in technical essence and essential features to the proposed is an analyzer of statistical characteristics of phase fluctuations of signals, containing two narrowband filters connected in series, and a phase detector, one input of which is connected to the output of the main filter, and also a mixer and a wideband filter. the inputs of the mixer are connected to the input of the main filter and the output of the additional filter, respectively, and the output of the mixer through the broadband filter is connected to one of the inputs of the phase detector t23. However, the measurement accuracy of such a device is low due to the effect of the frequency instability of the signal on the measurement results, since the phase characteristics of real filters are not ideal and, under the influence of destabilizing factors, change differently in time. The circuit of the invention is to increase the accuracy of measurements. This goal is achieved by the fact that a known device containing a narrow-band filter whose output is connected. Two low-pass filters are additionally introduced to one of the inputs of the phase detector, an inertial phase shifter, an electric motor, a phase meter and an information processing unit, the inertial phase shifter input connected to input terminal, and the output with one of the inputs of the phase meter and the input of the phase shifter, the output of which is connected to the input of the narrowband filter, and the second inputs of the phase meter and phase detector, the output to torogo connected to the inputs of two low-pass filters, the output h of the lower first filter is connected to the control input of the phase shifter, yet. the output of the second is to the control input of the electric motor; The shaft of which is connected to the axis of the inertial phase shifter, except that the phase meter output is connected to the input of the information processing unit. The drawing shows a structural diagram of the analyzer of statistical characteristics of phase fluctuations of signals. The device contains an inertial phase shifter 1, a phase shifter 2, a node knotted filter 3, a phase detector t, low-pass filters 5 and 6, an electric motor 7, a phase meter 8 and an information processing unit 9. The input of the inertial phase shifter 1 is connected to the input terminal, and the output is connected to one of the inputs of the phase meter 8 and the input of the phase shifter 2, the output of which is connected to another input of the phase meter 8, as well as to the inputs of the phase detector 4 (to one directly, and to the other via a narrowband filter 3). The output of the phase detector is connected to the inputs of filters 5 and 6 frequencies. The output of the low-pass filter 5 is connected to the control input of the Phaser 2, and the output of the filter 6 of the lower frequencies is connected to the control input of the electric motor 7, the shaft of which is connected to the axis of the inertial phase sensor 1. The output of the phase meter B is connected to the input of the information processing unit 9 matsii. The device works as follows. The signal under study through the inertial phase shifter 1 and phase shifter 2 is fed to the input of narrowband filter 3, in which the signal is time delayed (by a time inversely proportional to the passband of the narrowband filter). An error signal, proportional to the phase difference between the original and delayed signals, from the output of the phase detector through low-pass filters 5 and 6, respectively, goes to the control inputs of the phase shifter 2 and the motor 7. If the frequency of the signal under study is not equal to the nominal frequency, then the phase difference between I;) by similar and delayed signals, at the output of the phase detector k, a constant voltage of the error signal is generated, which is supplied to the motor through a low-pass filter 6. At the same time, the motor 7 and the inertial phase shifter 1, for example an induction phase shifter (BIF), begin to rotate, which processes the signal frequency changes. Phaser 2 introduces a constant phase shift. If the phase of the investigated signal fluctuates. If the error is superimposed on the constant component of the error signal, the variable component is superimposed and proportional to the fluctuations under study. The variable component through the low-pass filter 5 is fed to a low-in-phase phase shifter 2, for example an electronic one, which processes these fluctuations. In this case, the cutoff frequency of the low pass filter 5 is chosen not lower than the upper frequency of the spectrum of the fluctuations under investigation, and the cutoff frequency of the low pass filter 6 is not higher than the lower frequency of the fluctuation spectrum. In this case, the inertial phase shifter 1 monitors the slow frequency drift, and the phase shifter 2 examines the phase (fluctuations. Phase meter 8 monitors the phase difference at the input and output of the phase shifter 2, which is proportional to the fluctuations under study, and in block 9 of the information processing, the required statistical characteristics are determined phase fluctuations according to a given algorithm. The use of new elements: a phase shifter, an inertial phase shifter, two low-pass filters with different boundary frequencies, an electric motor The device differs from the well-known in that it eliminates the effect of signal frequency instability on the result and measurement, and thereby improves the measurement accuracy. Testing the gauge layout showed that when using a narrowband quartz filter, the BIF-025 phase shifter at the operating frequency The 1 MHz frequency runs are within 10 Hz. In addition, the tracking system, consisting of a narrowband filter 3 phase detector, low pass filter 5 and phase shifter 2, allows you to track phase fluctuations with an accuracy of up to 2% in the range of fluctuations up to 30. Formula of the Invention Analyzer of statistical characteristics of phase fluctuations of content signals a narrowband filter whose output is connected to one of the inputs of the phase detector, in order to monitor the accuracy of the measurement j U-- 9 3 there are two low-pass filters, a phase shifter, an inertial phase shifter, an electric motor, a phase meter and an information processing unit, with the inertial phase shifter input connected to the input terminal and the output one of the phases of the phase meter and the phase shifter input, the output of which is connected to the input of a narrow-flow filter, and the second inputs of the phase meter and phase detector, the output of which is connected to the inputs of both low-pass filters, and the output of the first filter of the first frequency frequencies connected to the control input of the phase shifter, and the output of the second - to the control input of the electric motor, the shaft of which is connected to the axis of the inertial f &amp; rotator, in addition, the output of the phase meter is connected to the input of the processing unit1 information. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 552569, cl. G 01 R 25/00, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 390l6it, кл. G 01 R 25/00, 197.2. USSR author's certificate number 390l6it, cl. G 01 R 25/00, 197.