Введение к работе
Актуальность работы. Задача улучшения технических характеристик информационно-измерительных систем, систем контроля, диагностики и управления особенно актуальна при разработке и внедрении "высоких" технологий в народное хозяйство. В. последнее время значительное вникание уделяется разработке фазовых систем различного назначения. Сигналы с фазовой информацией в таких системах должны обрабатываться с высокой скоростью в реальном масштабе времени. Если учесть, что информация о быстро протекающих физических процессах приводит з фазовых системах к быстрому изменению фазы высокочастотного непрерывного или уменьшению длительности радиоимпульсного сигнала с высокой час» тотой заполнения, то становится понятной острая необходимость в создании быстродействующих фазоизиерителей с мальм временем обращения к сигналу.
Измерение разности фаз при калом времени обращения к скг«» налу существенно отличается от измерения разности фаз непрерывных или достаточно длительных рзднокшіульснюс сигналов, хо*» тя часть методов измерзнет, применяющихся для непрерывных сиг» п адов с соответствующими ограничениями мог.ет быть применена и в елучар сравнительно коротких радноимпульскш: сигналов.
В настоящее гремя наиболее часта используются радкоишуль*» егшо сигналы длительноегыо з единицы или доли микросекунды с частотаі/.и заполнения в десятки, сотни и тысячи мегагерц. По» и тно, что для тагглг сг:гг;асоз спропо язвеегкдо методы измерения разности фаз с времят&ггульсныу преобразованием, с двои»» . ным интегрированием, с дискретизацией сигнала к последующим низкочастотны?»! восстановлением п другие неприемлемы. Для измерения разности фаз коротких радиожпульсных сигналов с быстрым изменением фазы требуется разработка специальных методов и средств измерения. *
Разработке методов и аппаратуры для измерения разности фаз, ограниченных во времени сигналов, посвящено в отечественной литературе небольшое число публикаций .Существенный вклад в разработку этого направления внесли Агранович Б.Л., Наевский СМ., Супьян В.Я., ЧмыхМ.К., Штарев Н.Н. и другие. Tea не менее вопросы моноимпульсного измерения разности фаз коротких сигналов с высокой частотой следования исследованы до сих пор явно недо-
статочно, несмотря" на их большую научную и практическую ценность.
1'аккм образом проблема измерения быстроизменяющейся разности фаз высокочастотных непрерывных и коротких радиоимпульс сных сигналов актуальна, но для ее решения нет достаточ ной теоретической базы к инженерных методик создания фазоизмери-тельной аппаратуры. Данная работа посвящена решению данной про- блеш и базируется на разработке методов и аппаратуры измерения разности фаз, в основу которых положено последовательное умножение фазы сигналов.
Актуальность темы диссертационных исследований подтверждается работали по целевым программам и координационным планам различных министерств и ведомств СССР и РСФСР, в которых автор приникал участие в качестве исполнителя и ответственного исполнителя.
Связь темы диссертации с научно-техническими программами. В диссертацию вошли результаты шір, выло лненных по постановлению BILK, Совета Министров ьСШСР № I860 от І7Л2.75 г.; Минвуза КЖЗР и Совета по координации научных исследований Томского ОНКЛСС, Минередмаша и ХНО Минвуза PCSCPj по приказу № 219/342 от 20 мая 1986 г. Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления и Министерства высшего и среднего специального образования РСШСР, по ряду хоздоговоров с раз» личными предприятиями»
Цель и задачи работы.Целью работы является исследование во«-просов создания и принципов обработки сигналов с последовательным умножением фазы, развитие на этой основе известных и разработка новых методов и средств измерения разности фаз непрерыв*» ных и радиоимпульсных сигналов с малым временем обращения к. сигналу (0,1 * 1,0 мкс).
Для этого необходимы:
выявление и теоретическое исследование различных факторов, влияющих набыстродействив! помехозащищенность и точность процесса измерения фазовых сдвигов коротких радиоимпульсных сигналов;
разработка математических моделей различных видов преобразователей фаза-код (ЩК) с умножением фазы сигналов;
разработка основных методов построения быстродействующих ПФК, определение условий их применения с точки зрения быстродействия,
частотного и динамического диапазонов входных сигналов, точности измерения и т.д.;
анализ схемных решений с целью получения аналитических соотношений для расчета их основных характеристик;
экспериментальное исследование ПІК, подтверждение работоспособности вновь разработанных методов, соответствие их характеристик результатам теоретического исследования;
создание и внедрение в практику образцов быстродействующих фазо-измерителей непрерывных и радиоимпульсных сигналов с улучшенными техническими характеристиками.
' Методы исследований. В работе широко использованы математичес- ' кие методы анализа радиотехнических цепей и прохождения сигналов через цепи, аппарат теории вероятностей, методы математического моделирования с применением ЭВМ. Кроме теоретических использовались и экспериментальные исследования. Достоверность основных теоретических положений и выводов подтверждена в лабораторных и промышленных условиях.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые разработаны и исследованы математические модели ПФК с последовательным умножением фазы квадратурных составляющих сигнала;
разработаны оптимальные в смысле точности и простоты аппаратурной реализации алгоритмы работы удвоителей фазы для двух видов непрерывно-логических сигналов;
в результате анализа временных характеристик переходных процегсов в цепях П$К, в том числе в последовательной цепи инерционных квадраторов, показана возможность создания ЇІШ с умножением фазы сигналов при времени обращения к сигналу до 0,1-0,2 мкс и частоте измерений до 5 МГц.
теоретически исследованы точность и помехоустойчивость предложенных методов измерения разнести фаз (в том числе и путем математического моделирования ПФК) при ограниченном времени обращения
к сигналу; в результате показано, что методы измерения разности фаз с последовательным удвоением фазы сигналов являются оптималь~ ными для аддитивных шумов; получены аналитические выражения для оценки аппаратурных погрешностей ПФК.
Практическая ценность работы состоит:
- в создании научно обоснованных методов построения и структур
быстродействующих ПФК с мальм временем обращения к сигналу, рабо
тающих в реальном масштабе времени, в том числе и в моноимпульс
ном режиме( новизна большинства из них защищена авторскими свиде—
тєльствами на изобретения);
е разработке аналитических соотношений для расчета основных характеристик, прикладных программ, графиков, методик исследования, рекомендаций по выбору параметров как всего ШК в целом, так и отдельных его блоков;'-
в создании конкретных технических реализаций ЛФК,.внедренных на ряде предприятий страны и подтверждающих решение важной проблемы по созданию быстродействующих, высокоточных фазоизмерителей, предназначенных для фазовых систем различного назначения ( стационарные и бортовые системы радиолокации, радионавигации и радиоуправления, фазированные антенные решетки, автоматизированные системы проверки и настройки узлов и блоков радиоаппаратуры, быстродействующие фазометры коротких радиокмпульеных сигналов и т.д.).
Основные технические решения защищены четырьмя авторскими свидетельствами на изобретения.
Реализация и внедрение результатов работы. При участии автора разработаны, изготовлены и внедрены следующие фазоизмерители:
1. Радиоимпульсный фазометр РЙФ-І ( в РТИ АН.СССР,
г. Москва). Ожидаемый экономический эффект - 126,0 тыс. руб.
-
Радиоимпульсный преобразователь фаза-код ШКР-І ( ТИАСУР).
-
Преобразователь фаза-код ІККР-8^Л ( в НИИ радиофизики им. академика Рв. сплетина , г. Москва).
1. Преобразователь фаза-код ШЖР-8^02 ( в НПО "Ленинец", г. Санкт-Петербург). Экономический эффект -819 тыс. руб.
5. Двухканальный радиоимпульсный фазометр ffi-2 ( предприятие п/я В-2735). Годовой экономический эффект - 299 тыс. руб.
Указанный реальный экономический эффект- подтвержден заказчиками в ценах до 199J г.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на Всесоюзных симпозиумах, совещаниях и семинарах в г.г. Новосибирске, Киеве, Красноярске, докладывались на Всесоюзных конференциях в г.г. Томске, Красноярске, Ульяновске, Харькове,Новосибирске, а такие на республиканских и краевых конференциях в г.г. Киеве, Красноярске, Львове.
Публикации. Основные результаты работы защищены 4-я авторскими свидетельствами на изобретения и отражены в 20 печатных работах.
