×
10.02.2015
216.013.26c0

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к радиотехнике. Способ заключается в том, что посредством двух АЦП и двух распределителей отсчетов сигналов на четные и нечетные из первого и второго сигналов формируют третий и четвертый сигналы путем задержки первого и второго сигналов на один фиксированный временной интервал, все произведения четных и нечетных сигналов, первую величину как разность произведения второго сигнала на третий и первого сигнала на четвертый, вторую величину как сумму произведения первого сигнала на второй и третьего сигнала на четвертый и оценку фазового сдвига между первым и вторым сигналами как арктангенс отношения усредненных по времени значений первой и второй величин. Формируют пятый и шестой сигналы путем задержки третьего и четвертого сигналов на фиксированный временной интервал. Формируют третью величину как разность произведения первого сигнала на четвертый сигнал и произведения второго сигнала на третий сигнал, четвертую величину как разность произведения третьего сигнала на шестой сигнал и произведения четвертого сигнала на пятый сигнал, пятую величину как разность произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения второго сигнала на пятый сигнал, шестую величину как сумму произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения пятого сигнала на второй сигнал, седьмую величину как сумму произведения первого сигнала на второй сигнал и произведения пятого сигнала на шестой сигнал, восьмую величину как разность квадрата третьей величины и суммы квадратов первой и второй. Первую величину формируют как произведение пятой величины на квадратный корень разности учетверенного произведения квадратов третьей и четвертой величины и квадрата восьмой величины на разность удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин, а вторую величину формируют как квадрат разности удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин. Технический результат заключается в уменьшении погрешности измерения сдвига фаз квазигармонических сигналов с медленно меняющимися амплитудами и частотой при наличии аддитивной и мультипликативной помех. 4 ил., 1 табл.
Основные результаты: Способ измерения сдвига фаз, заключающийся в том, что посредством двух аналого-цифровых преобразователей и двух распределителей отсчетов сигналов на четные и нечетные из первого и второго сигналов формируют третий и четвертый сигналы путем задержки первого и второго сигналов на один фиксированный временной интервал, все произведения четных и нечетных сигналов, первую величину как разность произведения второго сигнала на третий и первого сигнала на четвертый, вторую величину как сумму произведения первого сигнала на второй и третьего сигнала на четвертый и оценку фазового сдвига между первым и вторым сигналами как арктангенс отношения усредненных по времени значений первой и второй величин, отличающийся тем, что дополнительно формируют пятый и шестой сигнал путем задержки третьего и четвертого сигналов на один фиксированный временной интервал соответственно, формируют третью величину как разность произведения первого сигнала на четвертый сигнал и произведения второго сигнала на третий сигнал, четвертую величину как разность произведения третьего сигнала на шестой сигнал и произведения четвертого сигнала на пятый сигнал, пятую величину как разность произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения второго сигнала на пятый сигнал, шестую величину как сумму произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения пятого сигнала на второй сигнал, седьмую величину как сумму произведения первого сигнала на второй сигнал и произведения пятого сигнала на шестой сигнал, восьмую величину как разность квадрата третьей величины и суммы квадратов первой и второй, при этом первую величину формируют как произведение пятой величины на квадратный корень разности учетверенного произведения квадратов третьей и четвертой величины и квадрата восьмой величины на разность удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин, а вторую величину формируют как квадрат разности удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиотехнике и имеет целью повысить точность измерения фазового сдвига двух квазигармонических сигналов с медленными по сравнению с несущей частотой изменениями огибающей и частоты при наличии аддитивных и мультипликативных помех.

Известен способ определения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов [1] как арктангенса отношения двух величин, которые формируют из измеренных мгновенных значений сигналов. Недостатком способа является ограничение области его применимости синусоидальными сигналами с постоянными амплитудами и частотами, наличие амплитудной и частотной модуляции уменьшает точность измерения сдвига фаз.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по максимальному количеству сходных признаков является способ сдвига фаз между квазигармоническими сигналами с меняющимися огибающими и мгновенными частотами [2], заключающийся в том, что посредством двух аналого-цифровых преобразователей и двух распределителей отсчетов сигналов на четные и нечетные из первого и второго сигналов формируют третий и четвертый сигналы путем задержки первого и второго сигналов на один интервал, все произведения четных и нечетных сигналов, первую величину как разность произведения второго сигнала на третий и первого сигнала на четвертый, вторую величину как сумму произведения первого сигнала на второй и третьего сигнала на четвертый и оценку фазового сдвига между первым и вторым сигналами как арктангенс отношения усредненных по времени значений первой и второй величин.

Недостатком этого способа является высокая погрешность измерения сдвига фаз между квазигармоническими сигналами с меняющимися огибающими и мгновенными частотами. Действительно, пусть первый и второй квазигармонические сигналы, между которыми измеряется сдвиг фаз, имеют вид

x1(t)=a 1(t)sin[θ(t)+φ1], x2(t)=a 2(t)sin[θ(t)+φ2],

где a 1(t), a 2(t), φ1 и φ2 - огибающие и начальные фазы первого и второго сигналов соответственно, причем выполняются условия медленного изменения огибающих и мгновенной частоты , , , где - мгновенная частота. Тогда третий и четвертый сигналы будут иметь вид

,

,

где Δ - интервал задержки.

Первая и вторая величины имеют вид

A1(t)=x3(t)x2(t)-x1(t)x4(t)≈a 1(t)a 2(t)sin(ω(t)Δ)sin(φ)+ΔA1(t),

A2(t)=x1(t)x2(t)+x3(t)x4(t)≈a 1(t)a 2(t)[cos(φ)-cos(ω)(t)Δ)cos(2θ(t)-ω(t)Δ+φ12)]+ΔA2(t),

,

где φ=φ12 - измеряемый сдвиг фаз.

Разлагая числитель и знаменатель отношения усредненных по отрезку времени T>>1/ω(t) первой и второй величин вряд вблизи ωΔ=π/2, получим:

где α(t) - величина порядка единицы. Таким образом, погрешность оценки сдвига фаз напрямую зависит от близости величины ω(t)Δ к величине π/2 и от скорости изменения огибающих. Для амплитудно-модулированных квазигармонических сигналов с медленно меняющейся в широких пределах мгновенной частотой эта погрешность может быть довольно велика.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения сдвига фаз квазигармонических сигналов с медленно меняющимися амплитудами и частотой при наличии аддитивной и мультипликативной помех. Для этого дополнительно формируют пятый и шестой сигнал путем задержки третьего и четвертого сигналов на один фиксированный временной интервал соответственно, формируют третью величину как разность произведения первого сигнала на четвертый сигнал и произведения второго сигнала на третий сигнал, четвертую величину как разность произведения третьего сигнала на шестой сигнал и произведения четвертого сигнала на пятый сигнал, пятую величину как разность произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения второго сигнала на пятый сигнал, шестую величину как сумму произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения пятого сигнала на второй сигнал, седьмую величину как сумму произведения первого сигнала на второй сигнал и произведения пятого сигнала на шестой сигнал, восьмую величину как разность квадрата третьей величины и суммы квадратов первой и второй, при этом первую величину формируют как произведение пятой величины на квадратный корень разности учетверенного произведения квадратов третьей и четвертой величины и квадрата восьмой величины на разность удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин, а вторую величину формируют как квадрат разности удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин.

Таким образом,

A3(t)=x1(t)x2(t-Δ)-x1(t-Δ)x2(t),

A4(t)=x1(t-Δ)x2(t-2Δ)-x1(t-2Δ)x2(t-Δ),

A5(t)=x1(t)x2(t-2Δ)-x1(t-2Δ)x2(t),

A6(t)=x1(t)x2(t-2Δ)+x1(t-2Δ)x2(t),

A7(t)=x1(t)x2(t)+x1(t-2Δ)x2(t-2Δ),

.

Тогда

,

A2(t)=(2A3(t)A4(t)A7(t)-A6(t)A8(t))2,

и полученная на первом этапе оценка φ1 сдвига фаз между первым и вторым сигналами на отрезке длительностью N интервалов Δ имеет вид

,

где обозначено Ai[n]=Ai(nΔ), i=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.

Численное моделирование полученных выражений подтверждает промышленную применимость предложенного способа. Погрешность определения сдвига фаз Δφ чисто гармонических сигналов при отсутствии шума не превышает 10-15 рад; по выборке в 1000 отсчетов, здесь и далее Δ=1. При наличии амплитудной или частотной модуляции, а также аддитивного шума погрешность возрастает.

На чертежах представлено:

Фиг.1 - Зависимость абсолютного отклонения оценки фазового сдвига Δφ от значения φ для гармонических сигналов с изменяющимися огибающими, постоянной частотой и малой дисперсией шума.

Фиг.2 - Зависимость абсолютного отклонения оценки фазового сдвига Δφ от значения φ для гармонических сигналов с постоянными огибающими и изменяющейся частотой.

Фиг.3 - Систематическая погрешность оценки разности фаз гармонических сигналов в зависимости от значения φ при СКО шума σξ=10-4.

Фиг.4 - Случайная погрешность оценки разности фаз гармонических сигналов в зависимости от значения φ при СКО шума σξ=10-4.

Таблица 1 - Статистические характеристики способа измерения сдвига фаз.

На Фиг.1 представлено отклонение фазового сдвига, полученное для сигналов с одинаковыми законами изменения огибающих, фиксированной частотой f0=0,2 и аддитивным шумом дисперсии 10-4 от амплитуды сигнала:

x1[n]=(1+0,2sin(2π·0,01·n))sin(2π·0,2·n+φ),

x2[n]=(1+0,2sin(2π·0,01·n))sin(2π·0,2·n).

Несмотря на 20% амплитудную модуляцию сигналов, отклонение оценки разности фаз сигналов при заданном значении разности фаз в промежутке от π/8 до 7π/8 составило порядка 10-3 рад.

Аналогичные результаты получаются для сигналов с постоянными огибающими, частотной модуляцией (Фиг.2) и малым значением аддитивного шума - 10-4 от амплитуды сигнала:

x1[n]=sin(2π·0,2·{1+0,15·cos(2π·0,00053·n)}·n+φ),

x2[n]=sin(2π·0,2·{1+0,15·cos(2π·0,00053·n)}·n).

Статистические свойства способа исследовались путем обработки смеси сигналов с аддитивным узкополосным шумом. На Фиг.3 и Фиг.4 представлены систематическая φ0сред0 и случайная σφ погрешности определения фазового сдвига от значения φ, полученные по 100 реализациям, для сигналов с постоянными единичными огибающими и фиксированной частотой f0=0,2.

Зависимость статистических характеристик метода для некоторых значений дисперсии шума приведена в таблице 1.

Численные эксперименты показывают, что оптимальное значение интервала Δ лежит в диапазоне от T/6 до T/4, где T - среднее за время измерения значение периода сигнала. При соблюдении этого условия погрешность измерения сдвига фаз предложенным способом при наличии амплитудной и частотной модуляции в 103 раз меньше, чем у прототипа [2].

Источники информации

1. Келехсаев Б.Г. Способ определения сдвига фаз двух синусоидальных сигналов. Патент РФ №2039361, опубл. 09.07.1995.

2. Смирнов В.Н., Кучеров М.В. Широкополосный цифровой фазометр // Вопросы радиоэлектроники. 2004. №1. С.33-41 (прототип).

Таблица 1
Статистические характеристики способа
Кол-во отсчетов в выборке, L 105 102
Относительная дисперсия аддитивного шума: σ/a 10-1 10-2 10-3 10-4 10-1 10-2 10-3 10-4
Дисперсия оценок разности фаз: σφ, 10-6 рад 4480 290 28 2,7 81000 4700 406 40
Отклонение среднего оценок сдвига фазы: φ0сред0, 10-6 рад 26500 580 18 0,13 23000 918 10 0,15

Способ измерения сдвига фаз, заключающийся в том, что посредством двух аналого-цифровых преобразователей и двух распределителей отсчетов сигналов на четные и нечетные из первого и второго сигналов формируют третий и четвертый сигналы путем задержки первого и второго сигналов на один фиксированный временной интервал, все произведения четных и нечетных сигналов, первую величину как разность произведения второго сигнала на третий и первого сигнала на четвертый, вторую величину как сумму произведения первого сигнала на второй и третьего сигнала на четвертый и оценку фазового сдвига между первым и вторым сигналами как арктангенс отношения усредненных по времени значений первой и второй величин, отличающийся тем, что дополнительно формируют пятый и шестой сигнал путем задержки третьего и четвертого сигналов на один фиксированный временной интервал соответственно, формируют третью величину как разность произведения первого сигнала на четвертый сигнал и произведения второго сигнала на третий сигнал, четвертую величину как разность произведения третьего сигнала на шестой сигнал и произведения четвертого сигнала на пятый сигнал, пятую величину как разность произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения второго сигнала на пятый сигнал, шестую величину как сумму произведения первого сигнала на шестой сигнал и произведения пятого сигнала на второй сигнал, седьмую величину как сумму произведения первого сигнала на второй сигнал и произведения пятого сигнала на шестой сигнал, восьмую величину как разность квадрата третьей величины и суммы квадратов первой и второй, при этом первую величину формируют как произведение пятой величины на квадратный корень разности учетверенного произведения квадратов третьей и четвертой величины и квадрата восьмой величины на разность удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин, а вторую величину формируют как квадрат разности удвоенного произведения третьей, четвертой и седьмой величин и произведения шестой и восьмой величин.
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ФАЗ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 12 items.
10.11.2013
№216.012.803c

Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока. Техническим результатом является компенсация температурной погрешности усилителя. Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498501
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.05.2014
№216.012.c06a

Способ упрочнения асфальтового дорожного покрытия углеродным наноматериалом

Изобретение относится к области строительного производства в автодорожной отрасли и может быть применено при изготовлении дорожных покрытий при использовании щебеночно-кварцевых асфальтобетонов. Способ упрочнения асфальтового дорожного покрытия углеродным наноматериалом включает использование...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515007
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c69d

Способ оперативного контроля подлинности изделий из золота от подделок

Предложен способ оперативного контроля подлинности изделий из золота от подделок, идентичных по удельному весу и объему, но отличных по магнитным свойствам. В способе изделию из золота подбирают контрольный образец, обеспечивающий возможность контроля подлинности материала изделия физическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516604
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.d083

Маска для ухода за кожей лица

Изобретение относится к парфюмерно-косметической промышленности и представляет собой маску для ухода за кожей лица, включающую розовую глину, тальк и экстракт водяного ореха в определенном массовом соотношении в масс.%, которую перед нанесением на кожу диспергирут в воде до консистенции густой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519150
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.dfe1

Магнитометр

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, представляет собой магнитометр и может использоваться для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр содержит зонд с нелинейной магнитной восприимчивостью, являющийся сердечником соленоида и выполненный в виде проволоки из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523099
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e8cd

Способ изготовления строительных материалов на магнезиальном вяжущем

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для производства облицовочных плит (для внутренней и наружной отделки зданий) черепицы, полов, монолитных строительных элементов. Технический результат заключается в улучшении физико-механических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525390
Дата охранного документа: 10.08.2014
27.08.2014
№216.012.eff9

Способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов

Изобретение относится к радиолокации пассивных космических объектов (КО), например крупных метеоритов и астероидов (размерами более десяти метров), которые могут представлять опасность при столкновении с Землей. Способ включает радиолокационное зондирование КО, вращающегося в процессе полета,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527252
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f193

Способ измерения сдвига фаз

Изобретение относится к радиотехнике, а именно измерительной технике. Формируют третий и четвертый сигналы путем задержки первого и второго сигналов на один интервал, все произведения четных и нечетных сигналов, из которых формируют первую и вторую величины, оценку измеряемого сдвига фаз между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527665
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.11.2014
№216.013.0bb7

Способ профилактики и лечения гинекологической патологии

Изобретение относится к медицине, гинекологии и может быть использовано для профилактики и лечения патологии, связанной с изменением положения матки, ее ретрофлексией. Способ включает проведение гимнастических упражнений, направленных на развитие мышц брюшной стенки и тазового дна, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534407
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.04.2015
№216.013.427e

Способ выявления предрасположенности человека к потреблению алкоголя

Изобретение относится к психофизиологии, а конкретно к психодиагностике, выявлению предрасположенности человека к потреблению алкоголя. Выявляют порог болевой чувствительности, определяют психоэмоциональную реакцию человека на первое потребление алкоголя или отсутствие опыта потребления, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548520
Дата охранного документа: 20.04.2015
Showing 1-10 of 11 items.
10.11.2013
№216.012.803c

Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с модулятором на входе и демодулятором на выходе

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для уменьшения дополнительных погрешностей усилителя постоянного тока. Техническим результатом является компенсация температурной погрешности усилителя. Способ уменьшения погрешностей усилителя постоянного тока с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498501
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.05.2014
№216.012.c06a

Способ упрочнения асфальтового дорожного покрытия углеродным наноматериалом

Изобретение относится к области строительного производства в автодорожной отрасли и может быть применено при изготовлении дорожных покрытий при использовании щебеночно-кварцевых асфальтобетонов. Способ упрочнения асфальтового дорожного покрытия углеродным наноматериалом включает использование...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515007
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.05.2014
№216.012.c69d

Способ оперативного контроля подлинности изделий из золота от подделок

Предложен способ оперативного контроля подлинности изделий из золота от подделок, идентичных по удельному весу и объему, но отличных по магнитным свойствам. В способе изделию из золота подбирают контрольный образец, обеспечивающий возможность контроля подлинности материала изделия физическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516604
Дата охранного документа: 20.05.2014
10.06.2014
№216.012.d083

Маска для ухода за кожей лица

Изобретение относится к парфюмерно-косметической промышленности и представляет собой маску для ухода за кожей лица, включающую розовую глину, тальк и экстракт водяного ореха в определенном массовом соотношении в масс.%, которую перед нанесением на кожу диспергирут в воде до консистенции густой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519150
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.dfe1

Магнитометр

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, представляет собой магнитометр и может использоваться для измерения напряженности магнитного поля. Магнитометр содержит зонд с нелинейной магнитной восприимчивостью, являющийся сердечником соленоида и выполненный в виде проволоки из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523099
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.08.2014
№216.012.e8cd

Способ изготовления строительных материалов на магнезиальном вяжущем

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для производства облицовочных плит (для внутренней и наружной отделки зданий) черепицы, полов, монолитных строительных элементов. Технический результат заключается в улучшении физико-механических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525390
Дата охранного документа: 10.08.2014
27.08.2014
№216.012.eff9

Способ предотвращения угрозы для планеты путем оценки размеров пассивных космических объектов

Изобретение относится к радиолокации пассивных космических объектов (КО), например крупных метеоритов и астероидов (размерами более десяти метров), которые могут представлять опасность при столкновении с Землей. Способ включает радиолокационное зондирование КО, вращающегося в процессе полета,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527252
Дата охранного документа: 27.08.2014
10.09.2014
№216.012.f193

Способ измерения сдвига фаз

Изобретение относится к радиотехнике, а именно измерительной технике. Формируют третий и четвертый сигналы путем задержки первого и второго сигналов на один интервал, все произведения четных и нечетных сигналов, из которых формируют первую и вторую величины, оценку измеряемого сдвига фаз между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002527665
Дата охранного документа: 10.09.2014
27.11.2014
№216.013.0bb7

Способ профилактики и лечения гинекологической патологии

Изобретение относится к медицине, гинекологии и может быть использовано для профилактики и лечения патологии, связанной с изменением положения матки, ее ретрофлексией. Способ включает проведение гимнастических упражнений, направленных на развитие мышц брюшной стенки и тазового дна, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534407
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.04.2015
№216.013.427e

Способ выявления предрасположенности человека к потреблению алкоголя

Изобретение относится к психофизиологии, а конкретно к психодиагностике, выявлению предрасположенности человека к потреблению алкоголя. Выявляют порог болевой чувствительности, определяют психоэмоциональную реакцию человека на первое потребление алкоголя или отсутствие опыта потребления, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548520
Дата охранного документа: 20.04.2015
+ добавить свой РИД