ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Гуцало Олександр Гнатович
УДК 621.373.077
ОСНОВИ ТЕОРІЇ І ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ЗАСОБІВ
ВИМІРЮВАННЯ ЧАСУ ЗАПІЗНЮВАННЯ СИГНАЛІВ, НЕЧУТЛИВИХ
ДО ФАЗОВИХ СПОТВОРЕНЬ ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ
Спеціальність 05.11.08 – радіовимірювальні прилади
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Вінниця – 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти України.
Науковий консультант:
доктор технічних наук, професор, Заслужений діяч науки і техніки України
Скрипник Юрій Олексійович, Київський державний університет технологій та дизайну, професор кафедри автоматизації і комп’ютерних систем, м.Київ.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Філіпський Юрій Костянтинович, Одеський
державний політехнічний університет, завідувач кафедри теоретичних основ радіотехніки, м.Одеса;
доктор технічних наук, доцент Водотовка Володимир Ілліч, Київське спеціальне конструкторське бюро «Спектр» Міністерства промислової політики України, начальник відділу радіотехнічних вимірювань, м.Київ;
доктор технічних наук, професор Філинюк Микола Антонович, Вінницький державний технічний університет, завідувач кафедри проектування комп’ютерної техніки, м.Вінниця.
Провідна установа – Національний технічний університет України «КПІ», кафедра конструювання та виробництва радіоелектронної апаратури, м.Київ.
Захист відбудеться « 3 « грудня 1999р. о 930 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.02 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 286021, м.Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького державного технічного університету.
Автореферат розісланий «27» жовтня 1999р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради Юхимчук С.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Серед радіовимірювальних засобів, які використовуються при розробці, настроюванні і експлуатації радіолокаційних, телевізійних та гідроакустичних систем, а також цифрових систем зв’язку і кореляційної обробки сигналів, найбільш вагоме значення мають засоби вимірювання (ЗВ) фазового часу запізнювання (ФЧЗ) та групового часу запізнювання (ГЧЗ) сигналів.
Дослідженням в області вимірювання ФЧЗ та ГЧЗ сигналів присвячена значна кількість робіт вітчизняних наукових шкіл, які очолюють С.М. Маєвський, В.В. Молебний, С.І. П’ятін, Ю.О. Скрипник, В.Я. Суп’ян. Необхідно також відзначити важливу роль у розвитку даної області вимірювання закордонних наукових колективів і особисту роль вчених А.В. Бальчюнайтіса, А.-А.А. Гіліса, В. Діркзена, В. Кохана, Ф. Кенінга, Н. Найквіста, Ю.-А.А. Свейкати, К.І. Сметаніна, І.Т. Турбовича.
Однією з найважливіших задач, на розв’язання якої були спрямовані зусилля вчених, було підвищення точності вимірювання ФЧЗ і ГЧЗ сигналів. Ця задача розв’язувалась, головним чином, на основі структурних методів підвищення точності, які, в значній мірі, досліджені вченими К.Л. Куліковським, П.П. Орнатським, Ю.О. Скрипником, Ю.М. Тузом.
Враховуючи досягнення в даній області вимірювання, необхідно відзначити, що основним недоліком відомих ЗВ ФЧЗ сигналів є неоднозначність вимірювання, а ЗВ ГЧЗ – методична похибка. Крім цього, відомим ЗВ, а також засобам їх метрологічного забезпечення властива значна чутливість до фазових спотворень сигналів у перетворювальних каналах, яка призводить до зниження їх точності.
У зв’язку з відзначеними недоліками, виникла необхідність у розв’язанні актуальної в даній області вимірювання науково-технічної теми, пов’язаної з розробкою ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів та засобів їх метрологічного забезпечення з підвищеною точністю.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у Вінницькому державному технічному університеті згідно з тематичними планами проведення госпдоговірних робіт (номер державної реєстрації 01860106643, номер державної реєстрації 01860127709, темі № 3141) та тематичними планами проведення НДДКР за рахунок коштів державного бюджету, узгодженими з Міністерством освіти України (номер державної реєстрації 0193U029454), які пов’язані з розробкою ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка основ теорії і функціонального проектування ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів та пристроїв їх перевірки, яким властива нечутливість до фазових спотворень перетворювальних каналів.
Для досягнення поставленої мети вирішені наступні задачі:
розроблено основи теорії фазових і амплітудних спотворень сигналів складної спектральної структури, обумовлених нелінійністю фазочастотних характеристик (ФЧХ) та нерівномірністю амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) чотириполюсників;
розроблено основи функціонального проектування ЗВ ФЧЗ сигналів, які забезпечують уникнення неоднозначності вимірювання;
розроблено алгоритми розрахунку ГЧЗ сигналів складної спектральної структури, на основі яких синтезовано структури ЗВ, які забезпечують уникнення методичної похибки і характеризуються нечутливістю до фазових спотворень перетворювальних каналів;
розроблено основи функціонального проектування ЗВ ГЧЗ імпульсних сигналів і підтверджена ефективність вимірювання частотних характеристик (ЧХ) ГЧЗ каналів зв’язку за методом двотонального амплітудно-модульованого (АМ) сигналу;
розроблено основи функціонального проектування ЗВ неідентичності ЧХ ГЧЗ чотириполюсників;
розроблено методи атестації зразкових мір часу запізнювання сигналів і принципи побудови на їх основі пристроїв перевірки ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів.
Наукова новизна одержаних результатів дисертаційної роботи полягає в розробці теоретично обгрунтованих основ функціонального проектування ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів та пристроїв їх перевірки, які нечутливі до фазових спотворень перетворювальних каналів.
В роботі отримані наступні наукові результати:
1. Встановлено перевагу двотональних АМ сигналів перед однотональни-ми, яка полягає в тому, що їх використання забезпечує підвищення точності вимірювання ЧХ ГЧЗ чотириполюсників, ФЧХ яких апроксимується поліномом четвертого степеня.
2. Вперше розроблено алгоритми розрахунку ФЧЗ сигналів та частоти вимірювального сигналу, при якій забезпечується уникнення неоднозначності вимірювання.
3. Здійснено подальший розвиток функціонального проектування ЗВ ФЧЗ та ГЧЗ сигналів, які характеризуються підвищеною точністю.
4. Вперше розроблено алгоритми розрахунку ГЧЗ та нові принципи побудови приймальних пристроїв ЗВ нерівномірності ЧХ ГЧЗ каналів зв’язку, особливість яких полягає в тому, що такі пристрої функціонують без опорного генератора на приймальному пункті.
5. Доведено, що ЗВ ЧХ ГЧЗ, розроблені на основі двотонального АМ сигналу, характеризуються підвищеною завадозахищеністю.
6. Здійснено подальший розвиток функціонального проектування ЗВ неідентичності ЧХ ГЧЗ чотириполюсників, які характеризуються нечутливістю до фазових спотворень перетворювальних каналів.
7. Розроблено методи атестації зразкових мір (ЗМ) часу запізнювання сигналів і нові принципи побудови на їх основі пристроїв перевірки ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ.
Практичне значення одержаних результатів дисертаційної роботи полягає в розробках нового класу:
засобів вимірювання ФЧЗ сигналів простої спектральної структури при їх проходженні через чотириполюсники з різними формами АЧХ і ФЧХ;
засобів вимірювання ГЧЗ сигналів;
засобів вимірювання нерівномірності ЧХ ГЧЗ каналів зв’язку, приймальні пристрої яких функціонують без опорного генератора на приймальному пункті;
засобів вимірювання неідентичності ЧХ ГЧЗ, які базуються на використанні двотонального АМ сигналу;
пристроїв перевірки ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів.
Результати дисертаційної роботи впроваджені в госпдоговірних НДР, а також використовуються у навчальному процесі Вінницького державного технічного університету та Державної академії легкої промисловості України.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на Всесоюзній нараді «Точные измерения электрических величин: переменного тока, напряжения, мощности, энергии и угла сдвига фаз» (Ленінград, 1988), Всесоюзній НТК «Современные проблемы фазоизмерительной техники и её приложения» (Красноярськ, 1989), Регіональній НТК «Современные методы измерений в диапазоне ВЧ и СВЧ» (Новосибірськ, 1991), третій НТК «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах та конверсії виробництва» (Хмельницький, 1995), Міжнародній НТК «Приборостроение – 97» (Вінниця – Сімеїз, 1997), шостій НТК “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах” (Хмельницький, 1999), щорічних НТК професорсько-викладацького складу Вінницького державного технічного університету (Вінниця, 1985-1999).
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в монографії, 14 статтях у наукових фахових журналах, одній статті у збірнику наукових праць, 30 авторських свідоцтвах на винаходи СРСР та 10 тезах доповідей на науково-технічних конференціях.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел та чотирьох додатків. Дисертація має загальний обсяг 374 сторінки, з яких основний зміст викладений на 312 сторінках друкованого тексту, містить 74 рисунки на 62 сторінках та 6 таблиць. Список використаних джерел складається з 190 найменувань. Додатки на 40 сторінках містять відомості про розроблені ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів, свідоцтва і протоколи метрологічної атестації, аналіз спектрального складу обмеженої адитивної суміші гармонічного сигналу і розподіленої завади та акти впровадження результатів роботи.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність проблеми, сформульована головна мета, доводиться наукова новизна і практична цінність роботи, а також впровадження та апробація результатів.
Перший розділ присвячений аналізу відомих основ функціонального проектування ЗВ часу запізнювання сигналів та пристроїв їх перевірки, за результатами якого виявлено їх недоліки і сформульовано основні задачі, які входять в коло дослідження.
Другий розділ присвячений розробці основ теорії фазових і амплітудних спотворень сигналів складної спектральної структури, обумовлених впливом нерівномірності амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) та нелінійності фазо-частотної характеристики (ФЧХ) досліджуваного чотириполюсника (ДЧ). На основі теоретичного аналізу впливу нелінійності ФЧХ ДЧ на точність вимірювання ГЧЗ показано, що при використанні однотонального АМ сигналу методична похибка, обумовлена тільки непарними похідними фазового зсуву, починаючи з третьої, або парними похідними ГЧЗ, починаючи з другої і залежить від степеня полінома, що апроксимує характеристику. При цьому, якщо ФЧХ ДЧ апроксимується поліномом третього або четвертого степеня, то методична та відносна похибки визначаються відповідно за виразами:
(1)
(2)
де – істинний ГЧЗ; – друга похідна істинного ГЧЗ.
На прикладі проходження однотонального АМ сигналу через багатокаскадний резонансний підсилювач з n однаковими одноконтурними каскадами, ФЧХ якого описується виразом
, (3)
де *- узагальнене розстроєння, показано, що відносна похибка визначається за виразом
. (4)
Аналіз виразу (4) показує, що максимальне додатнє значення відносної похибки відповідає нульовому розстроєнню і визначається смугою пропускання , частотою модуляції і функцією , яка визначає ступінь зростання згасання контурів. При зростанні розстроєння відносна похибка зменшується і досягає нульового значення при , потім змінює свій знак на протилежний, досягаючи мінімального значення при , а далі знову наближається до нуля.
Якщо ДЧ поряд з нелінійністю ФЧХ характеризуються і нерівномірністю АЧХ, то методична похибка за рахунок цього фактора буде визначатися за виразом
(5)
де
(6)
(7)
Враховуючи, що
(8)
, (9)
матимемо
(10)
При цьому відносна похибка за рахунок нерівномірності АЧХ ДЧ буде описуватися виразом
(11)
де – відносна крутість ЧХ ГЧЗ ДЧ; – відносна крутість АЧХ ДЧ.
Показано, що коли АЧХ багатокаскадного резонансного підсилювача описується виразом
(12)
то вираз для відносної похибки набуває вигляду
. (13)
Аналіз виразу (13) показує, що відносна похибка за рахунок нерівномірності АЧХ залежить від числа каскадів багатокаскадного резонансного підсилювача і досягає максимального додатнього значення при .
На основі виразів (1), (4), (10), (13) виведені співвідношення, якими описуються методична та відносна похибки за рахунок впливу нерівномірності АЧХ і нелінійності ФЧХ багатокаскадного резонансного підсилювача:
(14)
. (15)
Із аналізу виразу (15) видно, що при будь-якому числі каскадів багатокаскадного резонансного підсилювача відносна похибка досягає максимального додатнього значення при . Цей вираз має практичне значення при розробці ЗВ ЧХ ГЧЗ, оскільки при можна знайти максимальне значення частоти модуляції, при якій відносна похибка за рахунок неідеальності частотних характеристик підсилювача не буде перевищувати заданої величини
(16)
З метою зменшення впливу АЧХ і ФЧХ ДЧ на точність вимірювання ЧХ ГЧЗ, запропоновано метод вимірювання, який базується на використанні двотонального АМ сигналу. Показано, що при проходженні двотонального АМ сигналу через ДЧ і його детектуванні, сигнали модулюючих частот будуть описуватись виразами:
(17)
(18)
де
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
. (24)
При відсутності згасання спектральних складових вимірювального сигналу можна прийняти, що . Тоді вирази (17) і (18) набувають вигляду:
(25)
. (26)
Виміряний ГЧЗ на кожній модулюючій частоті, з урахуванням співвідношень (22) і (24) буде визначатися за виразами:
; (27)
, (28)
де і – методичні похибки , обумовлені нелінійністю ФЧХ ДЧ, які в загальному вигляді описуються виразами:
(29)
(30)
Підставивши вирази (29) і (30) відповідно у вирази (27) і (28), і знайшовши різницю одержаних виразів, матимемо:
; (31)
, (32)
де – відношення модулюючих частот.
З порівняння виразів (29) і (31), (30) і (32) видно, що різниця методичних похибок при модулюючій частоті відрізняється від істинної методичної похибки на величину , а при модулюючій частоті – на величину . При цьому алгоритм розрахунку ГЧЗ буде мати вигляд
(33)
або
. (34)
Аналогічним чином показано, що коли ДЧ характеризується також і нерівномірністю АЧХ , то різниця методичних похибок за рахунок цього фактора з урахуванням виразів (21) і (23) буде визначатися за виразом
, (35)
або
. (36)
З урахуванням виразів (31), (32), (35) і (36), алгоритм розрахунку ГЧЗ буде мати вигляд
, (37)
або
, (38)
де і визначаються за виразами:
; (39)
. (40)
На основі проведеного аналізу встановлено, що при апроксимації АЧХ ДЧ поліномом не вище третього, а ФЧХ поліномом не вище четвертогостепеня, розрахунок ГЧЗ за алгоритмами (37) і (38) здійснюється без методичних похибок, обумовлених впливом цих характеристик.
На основі проведеного аналізу фазових і амплітудних спотворень двотонального АМ сигналу з подавленою несучою частотою показано, що максимальні додаткові похибки вимірювання ГЧЗ, зумовлені паразитними частотами визначаються відповідно за виразами:
(41)
(42)
, (43)
де – коефіцієнт залишку сигналу несучої частоти; , , – коефіцієнти передачі на парних і непарних бічних парах частот.
Проведений також аналіз фазових і амплітудних спотворень однотональних частотно-модульованих (ЧМ) та симетричних відносно початку відліку імпульсних сигналів. При цьому встановлено, що фазові спотворення однотональних ЧМ сигналів є однаковими з фазовими спотвореннями однотональних АМ сигналів, що свідчить про однакові похибки вимірювання ГЧЗ, а фазові спотворення імпульсних сигналів, обумовлені, головним чином, перехідними процесами.
Третій розділ присвячений розробці основ функціонального проектування ЗВ ЧХ ФЧЗ чотириполюсників. Розроблено різновиди принципів побудови ЗВ ЧХ ФЧЗ, які базуються на компенсаційному методі з додатковим прямим та зворотним зміщенням частоти вимірювального сигналу і проведений аналіз амплітудно-фазових похибок таких ЗВ, обумовлених неідеальністю характеристик функціональних вузлів та розкидом коефіцієнтів передачі каналів. Показано, що для підвищення точності індикації нульового значення проінтегрованої напруги при вимірюванні ЧХ ФЧЗ чотириполюсників з великим динамічним діапазоном зміни амплітуди, доцільно використати вимірювальний сигнал, сформований шляхом односмугової модуляції високочастотного сигналу низькочастотним сигналом . Структурна схема такого ЗВ показана на рис. 1.
У цій схемі при проходженні сигналу однієї з бічних смуг через ДЧ А3 з великим згасанням, сигнал на його виході набуває вигляду
. (44)
При перетворенні частоти сигналу (44) з частотою високочастотного сигналу U1(t), який надходить через фазообертач А2 і виділенні сигналу модулюючої частоти, матимемо
. (45)
Сигнал (45) підсилюється і множиться з модулюючим сигналом, а помножена напруга інтегрується інтегратором А5 і фіксується індикатором А6
. (46)
Рис. 1. Структурна схема засобу вимірювання частотних характеристик фазового часу запізнювання з односмуговою модуляцією вимірювального сигналу
Шляхом зменшення частоти модуляції * до значення *1, досягається нульове значення проінтегрованої напруги
. (47)
Для виділення сигналу з частотою *1 фаза високочастотного сигналу U1(t) зсувається на кут * і зменшенням частоти модуляції *1 до *2 повторно встановлюється нульове значення проінтегрованої напруги.
Оскільки частоти модуляції і в незначній мірі відрізняються між собою, то можна прийняти, що = , тобто
. (48)
Прирівнявши ліві частини виразів (47) і (48), після необхідних перетворень, матимемо
. (49)
Для забезпечення однозначності вимірювання ЧХ ФЧЗ за розглянутою схемою, необхідно фазовий зсув ** і різницю частот *1-*2 вибирати з умов:
(50)
(51)
де – поріг чутливості індикатора нульового значення проінтегрованої напруги.
Виходячи з цих умов, початкове значення частоти модуляції і фазового зсуву буде визначатися за виразами:
. (52)
Особливість розглянутої схеми полягає в тому, що згасання ДЧ не впливає на точність вимірювання ЧХ ФЧЗ, а уникнення похибки із-за кінцевого порога чутливості індикатора нульового значення проінтегрованої напруги, досягається за рахунок підсилення сигналів з малими фазовими спотвореннями.
Розроблено принцип побудови багатофункціонального ЗВ (рис. 2), призначеного для вимірювання ФЧХ, їх неідентичності, ЧХ ФЧЗ і їх неідентичності двоканальних радіоелектронних пристроїв.
Особливість розробленого ЗВ полягає в тому, що формування вимірювального сигналу здійснюється шляхом автоматичного підстроювання частоти генератора G1. Крім цього, така схема забезпечує вимірювання відзначених характеристик без похибок, обумовлених фазовими спотвореннями сигналу в перетворювальних каналах.
Рис. 2. Структурна схема багатофункціонального засобу вимірювання
Проведено аналіз похибок непрямих методів вимірювання при умові, що ФЧЗ сигналу є неперервною диференційованою функцією фазового зсуву і частоти і виведено критерій малих похибок, використання якого дозволяє виділити ту величину, точність прямого вимірювання якої не має сенсу підвищувати, оскільки це не приводить до підвищення точності результату непрямого вимірювання.
Четвертий розділ присвячений розробці основ функціонального проектування ЗВ ЧХ ГЧЗ чотириполюсників.
На основі двочастотного АМ сигналу, формування якого здійснюється за методом частотного синтезу і комутаційного методу вимірювання, розроблено ЗВ ЧХ ГЧЗ чотириполюсників (рис. 3), який характеризується підвищеною точністю як за рахунок високої стабільності частоти вимірювального сигналу та його нехтовно малих нелінійних спотворень, так і за рахунок нечутливості до фазових спотворень, що вносяться перетворювальними каналами.
У показаній на рис. 3 структурній схемі ЗВ, двочастотний АМ сигнал на вході ДЧ А2 описується виразом
. (53)
При проходженні сигналу (53) через ДЧ, з урахуванням впливу нерівномірності ФЧХ, сигнал на його виході набуває вигляду
(54)
де і – фазові зсуви, що вносяться ДЧ на частотах і .
Рис. 3. Структурна схема засобу вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників за методом двочастотного амплітудно-модульованого сигналу
При детектуванні сигналу (54) у перший півперіод комутації амплітудним детектором U3 і виділенні ФНЧ Z3 обвідної, матимемо
(55)
де – різницева частота; – фазовий зсув, що вноситься вимірювальним каналом.
Одночасно сигнал (53) детектується амплітудним детектором U4 в опорному каналі, обвідна якого на виході ФНЧ Z4 описується виразом
, (56)
де – фазовий зсув, що вноситься опорним каналом.
Мікропроцесорним фазометром А3 вимірюється різниця фаз сигналів (55) і (56), яка відповідає ГЧЗ, що визначається за виразом
, (57)
де – похибка вимірювання ГЧЗ, обумовлена неідентичністю ФЧХ вимірювального і опорного каналів.
Виключення похибки з результату вимірювання здійснюється в другий півперіод комутації. При цьому сигнал на виході вимірювального каналу буде описуватися виразом
(58)
Виміряна мікропроцесорним фазометром А5 різниця фаз сигналів (58) і (56) буде відповідати значенню похибки, яка визначається за виразом
(59)
За результатом розрахунку мікропроцесорним фазометром А5 двох вимірювань визначається ГЧЗ сигналу в ДЧ А2.
На основі двотонального АМ сигналу розроблено принцип побудови ЗВ ЧХ ГЧЗ з підвищеною точністю і постійною роздільною здатністю (рис. 4), призначеного для контролю чотириполюсників з зосередженими параметрами.
Рис. 4. Структурна схема засобу вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників за методом двотонального амплітудно-модульованого сигналу
У показаній на рис. 4 схемі, на вхід ДЧ А3 надходить двотональний АМ сигнал, який описується виразом
, (60)
де
; (61)
. (62)
Після проходження через ДЧ, сигнал на його виході з урахуванням впливу тільки нелінійності ФЧХ і необхідних перетворень набуває вигляду
, (63)
де
; (64)
. (65)
При лінійному детектуванні сигналів (60) і (63) у кожному півперіоді комутації АК SA1 амплітудним детектором U3, матимемо:
; (66)
, (67)
де – коефіцієнт передачі амплітудного детектора.
Виділені із спектрів сигналів (66) і (67) вузькосмуговими фільтрами Z1 і Z2 складові напруги з частотами і , будуть описуватися виразами:
; (68)
; (69)
; (70)
, (71)
де – фазові зсуви, що вносяться вузькосмуговими фільтрами.
При у перший і другий півперіоди комутації АК SA1, перетворювачем частоти U2 здійснюється перетворення частот кожного із сигналів (69) і (71), з частотою опорного сигналу. Виділені фільтром Z3 складові напруги з частотою будуть описуватися виразами:
; (72)
, (73)
де – фазовий зсув, що вноситься вузькосмуговим фільтром Z3.
У положенні перемикача SA2, що показано на рис. 4, мікропроцесорним фазометром А4 у кожний півперіод комутації АК SA1 вимірюється різниця фаз між кожним із сигналів (68) і (70) та опорним сигналом з частотою . За результатом розрахунку різниці двох вимірювань, матимемо
. (74)
У протилежному положенні перемикача SA2 мікропроцесорним фазометром А4 у кожний півперіод комутації АК SA1 вимірюється різниця фаз між кожним із сигналів (72) і (73) також відносно опорного сигналу з частотою . За результатом розрахунку різниці двох вимірювань, матимемо
. (75)
На основі проведеного аналізу розроблено алгоритм розрахунку ГЧЗ при збереженні постійної роздільної здатності, який описується виразом
. (76)
Показано також, що практична реалізація подвійного перетворення частоти однотонального АМ сигналу забезпечує уникнення похибки, обумовленої паразитною частотною (фазовою) модуляцією.
Розглянуто різновиди нових принципів побудови ЗВ ГЧЗ імпульсних сигналів, які базуються на автоматичному введенні в ДЧ, що знаходиться в режимі короткого замикання на виході, серії радіоімпульсів з синусоїдною обвідною і з частотою заповнення високочастотного сигналу, подвоєний час запізнювання яких вимірюється вимірювачем часових інтервалів з похибкою, що не перевищує значення *( 0,01%+ 4 * 10-9 ) с.
Проведено аналіз точності вимірювання нерівномірності ЧХ ГЧЗ каналів зв`язку тональної частоти за методом двотонального АМ сигналу. Розглянуто варіанти реалізації цього методу як без опорного генератора на приймальному пункті, так і з використанням квазісинхронного опорного генератора. Показано, що вимірювання ЧХ ГЧЗ каналів зв’язку за методом двотонального АМ сигналу доцільно здійснити в двох варіантах. Перший варіант реалізується шляхом перетворення в приймальному пристрої сигналів модулюючих частот і помноженням сигналу меншої модулюючої частоти (рис. 5) у число разів, яке дорівнює відношенню модулюючих частот. При цьому, виміряний ГЧЗ на кожній модулюючій частоті визначається за виразами:
(77)
Розв’язавши систему рівнянь (77) відносно , матимемо
, (78)
або
, (79)
де
; (80)
. (81)
Рис. 5. Структурна схема приймального пристрою засобу вимірювання групового часу запізнювання каналів зв’язку з перетворенням модулюючих частот і помноженням сигналу меншої модулюючої частоти
Другий варіант реалізується шляхом перетворення сигналів модулюючих частот і поділом сигналу більшої модулюючої частоти (рис. 6) у число разів, яке також дорівнює відношенню модулюючих частот, з наступним помноженням виміряного ГЧЗ у те ж число разів.
При цьому виміряний ГЧЗ визначається за виразами:
(82)
Розв`язавши систему рівнянь (82) відносно ,матимемо
, (83)
або
, (84)
де
. (85)
Рис. 6. Структурна схема приймального пристрою засобу вимірювання групового часу запізнювання каналів зв’язку з перетворенням модулюючих частот і поділом сигналу більшої модулюючої частоти
При порівнянні за точністю розроблених варіантів виявлено, що другий варіант характеризується більш високою точністю, оскільки крім виключення методичної похибки він забезпечує також постійну роздільну здатність вимірювання за рахунок роботи індикаторного блока, яким служить мікропроцесорний фазометр на одній модулюючій частоті.
На основі другого варіанта приймального пристрою розроблено ЗВ нерівномірності ЧХ ГЧЗ каналів зв’язку, структурна схема якого показана на рис. 7.
Розглянуто також принцип побудови ЗВ нерівномірності ЧХ ГЧЗ каналів зв’язку з використанням методу періодичного порівняння фазових зсувів вимірювальних сигналів з фазовим зсувом сигналу квазісинхронного опорного генератора, підстроювання частоти якого здійснюється системою фазового автоматичного підстроювання частоти (ФАПЧ).
Проведена оцінка точності вимірювання нерівномірності ЧХ ГЧЗ за методом періодичного порівняння, з урахуванням таких важливих факторів, як смуга захоплення частоти опорного генератора, фільтруюча здатність опорного тракту і час встановлення фази опорного сигналу в режимі захоплення. Показано, що смуга захоплення суттєво залежить від фазового зсуву каналу формування вимірювального сигналу і при наближається до нуля.
Встановлення фази опорного сигналу в режимі захоплення проведено на основі динамічного стану системи ФАПЧ, який у загальному вигляді описується диференціальним рівнянням, яке в операторній формі має вигляд
(86)
де – миттєва різниця фаз між вхідними сигналами фазового детектора (ФД); – нормована характеристика ФД; – операторний коефіцієнт передачі інтегрувального фільтра; – смуга утримання; – початкове розстроєння частоти вимірювального сигналу відносно частоти опорного сигналу.
Рис. 7. Структурна схема засобу вимірювання нерівномірності частотних характеристик групового часу запізнювання каналів зв’язку
Оскільки і в процесі вимірювання залежать від ГЧЗ, то при пилкоподібній формі характеристики ФД їх можна описати виразами:
при (87)
при (88)
де – коефіцієнт, який характеризує відносне зменшення смуги утримання; – власна смуга утримання системи ФАПЧ.
На основі виразів (86), (87) і (88) виведено неоднорідне лінійне диференціальне рівняння другого порядку, яким описується характер перехідного процесу
(89)
де *, * і *n – безрозмірні величини, виражені через власні параметри системи ФАПЧ у вигляді співвідношень:
(90)
Розв`язок рівняння (89) має вигляд
(91)
де С1 і *1 – постійні інтегрування, які визначаються початковими умовами.
Якщо прийняти за критерій закінчення перехідного процесу допустиме відхилення перехідної фази опорного сигналу від усталеного значення, то вираз для кількісної оцінки максимального часу встановлення фази в режимі захоплення буде мати вигляд
. (92)
Аналіз виразу (92) показує, що максимальний час встановлення фази опорного сигналу в режимі захоплення зменшується при зростанні ГЧЗ і зменшенні початкового розстроєння і визначається лише першим доданком у фігурних дужках цього виразу, оскільки другий доданок на порядок менший першого, а тому ним можна знехтувати.
Проведений аналіз систематичних похибок ЗВ ЧХ ГЧЗ при обмеженні вимірювального і опорного сигналів та дії завад. Показано, що при дії нормальних шумів систематична похибка визначається за виразом
(93)
де – деякий коефіцієнт; і – різниця між значеннями кореляційних інтегралів у реальних та ідеальних умовах, яка викликає виникнення похибки
Показано також, що систематичну похибку можна визначити, знайшовши різницю математичного очікування виміряного та істинного значень ГЧЗ
, (94)
де – математичне очікування .
На основі теорії випадкових процесів проведена оцінка завадозахищеності вимірювання ЧХ ГЧЗ за методом двотонального АМ сигналу для випадків, коли індикаторним блоком служать цифровий мікропроцесорний фазометр середніх значень фазових зсувів та вимірювач часових інтервалів. Доведено, що в першому випадку сумарна випадкова похибка складається з похибок, обумовлених випадковим часовим положенням початку і кінця вимірювального інтервалу відносно часового положення імпульсів, які кодуються.
У другому випадку показано, що при нормальному законі розподілу, максимальні значення випадкових похибок при однотональному та двотональному АМ сигналах визначаються відповідно за виразами:
; (95)
(96)
де * – середньоквадратичне відхилення (СКВ) завади.
При , вираз (96) набуває вигляду
. (97)
Якщо прийняти методичні похибки рівними в обох випадках, то виграш у завадозахищеності буде визначатися за виразом
. (98)
Показано, що при усередненні результатів багатократних вимірювань максимальні значення випадкових похибок при однотональному та двотональному АМ сигналах визначаються за виразами:
(99)
. (100)
Кількість вимірювань при умові рівності методичних похибок у кожному випадку буде визначатися за виразами:
; (101)
. (102)
З виразу (98), а також відношення виразів (101) і (102) видно, що вплив випадкових похибок, обумовлених завадами, зменшується в число разів, яке дорівнює відношенню модулюючих частот, а число вимірювань скорочується в те ж число разів у квадраті.
Значна увага приділена функціональному проектуванню ЗВ неідентичності ЧХ ГЧЗ чотириполюсників, яке грунтується на використанні однотонального АМ сигналу та комутаційного методу (рис. 8).
Рис. 8. Структурна схема засобу вимірювання неідентичності частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників
Проведена оцінка динамічної похибки вимірювання неідентичності ЧХ ГЧЗ, яка обумовлена перехідними процесами при комутуванні вимірювальних сигналів.
Показано, що при співпаданні частоти обвідної з середньою частотою вимірювального каналу, модуль і перехідна фаза при комутуванні сигналів описуються виразами:
(103)
(104)
де W – відношення амплітуд обвідної і опорного сигналу; * – постійна часу вимірювального каналу.
Виходячи з допустимої динамічної похибки вимірювання ГЧЗ при умові, що визначається як різниця між і , матимемо
. (105)
Розв’язавши нерівність (105) відносно , знайдемо
. (106)
З аналізу виразу (106) видно, що перший доданок не залежить від , а тому для визначення , при якому час встановлення фази буде максимальним, досліджено на екстремум другий доданок. Якщо похідну під знаком другого логарифма прирівняти до нуля, то матимемо
. (107)
Розв*язавши рівняння (107) відносно при умові, що , знайдемо
. (108)
З урахуванням виразу (108), виведено вираз для випадку максимального часу встановлення фази
. (109)
При вираз (109) набуває вигляду
. (110)
З урахуванням добротності вимірювального каналу і смуги його пропускання, вираз (110) буде мати вигляд
. (111)
Розглянуто також випадок, коли частота обвідної не співпадає з частотою вимірювального каналу, і з урахуванням допустимої динамічної похибки розроблено алгоритм розрахунку часу встановлення фази сигналу, який описується виразом
, (112)
де – допустима динамічна похибка.
П`ятий розділ присвячений розробці методів атестації зразкових мір (ЗМ) часу запізнювання сигналів і функціональному проектуванню пристроїв перевірки. На основі аналізу відомих методів атестації ЗМ часу запізнювання сигналів показано, що розрахований шляхом відношення кінцевих приростів ГЧЗ є середньоарифметичним значенням фазових зсувів двох близьких частот, який відрізняється від істинного значення ГЧЗ на величину методичної похибки, яка залежить від частотного інтервалу.
З метою синтезу ЗМ з лінійною залежністю часу запізнювання від частоти, проведений аналіз стійкості дробово-раціональних апроксимацій ідеальної функції затримки. Показано, що коли ідеальна функція затримки розкладається у степеневий ряд виду
, (113)
то для її апроксимації може бути використана дробово-раціональна функція, яка має вигляд
, (114)
де і – поліноми степеня n і m.
Проведений аналіз показав, що і є узагальненими поліномами Бесселя (УПБ), точний зв’язок яких з апроксимуючими дробово-раціональними функціями встановлюється виразами:
(115)
(116)
де і – цілі числа, причому:
; (117)
. (118)
Із аналізу виразів (117) і (118) видно, що і будуть невід’ємними при . Крім того, при *0, b>0 i n>1 виконується умова гурвіцевості і дробово-раціональна функція, що апроксимує буде стійкою. Отже, область корисності апроксимуючих функцій, які можуть бути реалізовані фізично, можна задати умовою
n-2 m n, (119)
де .
Таким чином, стійкі функції, що апроксимують , характеризуються як передаточні функції степеня з і , які одержані задаванням у нулі m фазових і амплітудних умов рівності, мають добру характеристику часу запізнювання, рівномірну амплітудну характеристику і добрі перехідні властивості, а тому вони мають практичне використання при синтезі ЗМ з лінійною залежністю часу запізнювання від частоти.
Запропоновано нові принципи побудови засобів атестації ЗМ, які базуються на періодичному використанні АМ сигналу з двома модулюючими частотами та двотонального АМ сигналу з подавленою несучою частотою. Проведений аналіз запропонованих принципів побудови показав, що при використанні двотонального АМ сигналу з подавленою несучою частотою (рис. 9) зберігається постійна роздільна здатність і підвищується точність атестації, за рахунок уникнення методичних похибок, обумовлених нерівномірністю АЧХ і нелінійністю ФЧХ ЗМ, що атестується.
Рис. 9. Структурна схема установки для атестації зразкових мір часу запізнювання сигналів
Запропонований також принцип побудови засобу атестації дисперсійних ультразвукових ліній часу запізнювання сигналів (рис. 10), який забезпечує підвищення точності, за рахунок зменшення додаткового впливу прямого сигналу на затриманий сигнал. Показано, що з урахуванням сучасних досягнень у точності вимірювання періоду частоти, запропонований засіб атестації може бути рекомендований, як зразковий засіб першого розряду точності.
З метою визначення температурної нестабільності часу запізнювання ЗМ, запропоновано метод, який базується на нагріванні ЗМ першого і другого розрядів точності. При цьому показано, що час запізнювання сигналу в ЗМ другого розряду точності визначається за часом запізнювання сигналу в ЗМ першого розряду точності і виміряним приростом різниці фаз порівнюваних сигналів, який характеризує температурну нестабільність часу запізнювання.
Рис. 10. Структурна схема установки для атестації дисперсійних ультразвукових ліній часу запізнювання сигналів
Значна увага приділена функціональному проектуванню пристроїв перевірки (ПП) нелінійності ЧХ часу запізнювання ЗМ, а також удосконаленню ПП, які базуються на використанні приладів із зарядовим зв’язком та ЗМ, якими служать фазові контури першого і другого порядків. Показано, що використання плавно-змінних і дискретних ліній часу запізнювання на основі фазових контурів другого порядку, забезпечує перевірку ЗВ ФЧЗ на частоті 1кГц із СКВ від 0,83 нс до 27,8 нс.
На основі використання дисперсійних ЗМ і комутаційного методу, розроблено принцип побудови установки для перевірки ЗВ ГЧЗ, яка забезпечує підвищення точності за рахунок виключення похибок, що вносяться вимірювальним каналом і проведений аналіз процесу встановлення фази вихідного сигналу та визначення частоти перемикання автоматичного комутатора, при якій динамічна похибка буде мінімальною. Показано, що максимальний час встановлення фази описується виразом
. (120)
При вираз (120) набуває вигляду
. (121)
Враховуючи, що постійну часу можна виразити через смугу пропускання вимірювального каналу і його добротність, матимемо
, (122)
де F – частота обвідної вихідного сигналу; F – смуга пропускання вимірювального каналу.
Оскільки час встановлення фази вихідного сигналу повинен бути не менше півперіоду перемикання автоматичного комутатора, то можна записати:
. (123)
Звідки
, (124)
де
. (125)
Таким чином, знаючи частоту обвідної вихідного сигналу і смугу пропускання вимірювального каналу ЗВ ГЧЗ, що перевіряється, можна визначити за виразом (124) частоту перемикання автоматичного комутатора, при якій динамічна похибка буде мінімальною.
Запропоновано також метод перевірки ЗВ ГЧЗ у динамічному режимі, який базується на використанні зразкових дисперсійних ЛЗ з лінійно-наростаючою і лінійно-спадною залежностями часу запізнювання від частоти та подвійному перетворенні частоти вихідного сигналу ЗВ, що перевіряється з частотою допоміжного сигналу. Такий метод забезпечує підвищення точності перевірки за рахунок компенсації фазових спотворень сигналу.
ВИСНОВКИ
1. Розроблено основи теорії впливу нелінійності ФЧХ і нерівномірності АЧХ чотириполюсників на фазові та амплітудні спотворення одно- і двотональних АМ сигналів та алгоритми розрахунку ГЧЗ. Виявлено, що вимірювання ЧХ ГЧЗ чотириполюсників за методом двотонального АМ сигналу забезпечує виключення методичної похибки, обумовленої нелінійністю ФЧХ при її апроксимації поліномом четвертого степеня.
2. Розроблено алгоритми розрахунку необхідного числа модулюючих частот, при яких забезпечується відсутність методичної похибки, обумовленої нелінійністю ФЧХ чотириполюсника при її апроксимації поліномом будь-якого парного або непарного степеня.
3. Розроблено основи теорії впливу нелінійності ФЧХ чотириполюсників на фазові спотворення двотональних АМ сигналів з подавленою несучою частотою і алгоритми розрахунку похибок вимірювання ГЧЗ, обумовлених парними і непарними бічними парами частот та залишком сигналу несучої частоти. Виявлено, що вимірювання ЧХ ГЧЗ чотириполюсників за методом двотонального АМ сигналу з подавленою несучою частотою здійснюється без методичної похибки, зумовленої нерівномірністю АЧХ чотириполюсника.
4. Досліджено нові принципи побудови ЗВ ЧХ ФЧЗ чотириполюсників та їх неідентичності. Доведено, що вибір частоти зміщення вимірювального сигналу за розробленим алгоритмом, забезпечує уникнення неоднозначності вимірювання.
5. Розроблено оптимальні структурні схеми ЗВ ГЧЗ однотональних, двотональних і імпульсних сигналів, які забезпечують підвищення роздільної здатності, виключення методичної похибки та похибки, обумовленої паразитною частотною (фазовою) модуляцією.
6. Проведено структурний синтез приймальних пристроїв ЗВ нерівномірності ЧХ ГЧЗ каналів зв’язку, за результатами теоретичного аналізу і експериментальних досліджень яких виявлено, що найбільша точність вимірювання досягається при розробці приймальних пристроїв без опорного генератора, що підтверджено також розробленими алгоритмами розрахунку ГЧЗ.
7. Розроблено принцип побудови нечутливого до фазових спотворень перетворювальних каналів ЗВ неідентичності ЧХ ГЧЗ, який базується на періодичному порівнянні фазового зсуву обвідної однотонального АМ сигналу з її початковим фазовим зсувом і виведено алгоритм розрахунку часу встановлення фази сигналу на виході вимірювального каналу, при якому динамічна похибка буде мінімальною.
8. Розроблено і теоретично обгрунтовано метод атестації ЗМ часу запізнювання сигналів, який базується на використанні двох частотних інтервалів і забезпечує підвищення точності атестації.
9. Розроблено і теоретично обгрунтовано автоматизований метод атестації ультразвукових ліній часу запізнювання сигналів, який забезпечує підвищення точності атестації за рахунок зменшення впливу прямого сигналу на затриманий.
10. Розроблено схему перевірки ЗВ ЧХ ФЧЗ, яка забезпечує його відтворення на частоті 1 кГц від нуля до 1 мс з середньоквадратичним відхиленням від 0,83 до 27,8 нс, що відповідає зразковим засобам перевірки першого розряду точності.
11. Розроблено схему установки, яка забезпечує автоматизацію перевірки ЗВ ЧХ ГЧЗ в діапазоні частот 0,01-10 МГц з часом запізнювання від 0,1 до 250 мкс і відносною похибкою ±0,2%.
ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Результати дисертаційної роботи опубліковані в 56 наукових працях, основними з яких є:
1. Гуцало О.Г. Методи підвищення точності засобів вимірювання групового часу запізнювання сигналів і їх метрологічне забезпечення. -Вінниця: «УНІВЕРСУМ – Вінниця», 1997. -132 с.
2. Гуцало О. Г. Вплив неідеальності частотних характеристик на точність вимірювання групового часу запізнювання сигналів //Вісник ВПІ. -1994.-№2 (3). -С. 76-80.
3. Гуцало О.Г. Атестація зразкових мір групового часу запізнювання сигналів //Вісник ВПІ. –1994. -№3 (4). – С. 62-65.
4. Гуцало О.Г. Дослідження стійкості дробово-раціональних апроксимацій ідеальної функції затримки //Вісник ВПІ. –1994. -№4 (5).- С. 41-44.
5. Скрипник Ю.О., Гуцало О.Г. Структурні методи підвищення точності засобів вимірювання групового часу запізнювання сигналів //Техническая электродинамика. -1995. -№2. -С. 73-75.
6. Гуцало О.Г. Оцінка завадостійкості вимірювання групового часу запізнювання за методом двотонального сигналу //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. –1997. -№1. -С. 117 – 120.
7. Гуцало О.Г. Аналіз динамічної похибки комутаційного методу вимірювання неідентичності частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1997. -№2. -С. 104-108.
8. Гуцало А.И., Кичак В.М. Повышение точности измерения частотных характеристик группового времени запаздывания четырёхполюсников //Радиотехника. Всеукраинский межвед. научн. техн. сб. -1998. -Вып. 106. – №98. -С. 140-144.
9. Гуцало О.Г. Аналіз систематичних похибок засобів вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1998. -№3. -С. 53-59.
10. Гуцало О.Г. Метрологічне забезпечення засобів вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1998. -№4. -С. 97-100.
11. Гуцало О.Г. Вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання каналів зв’язку//Вісник ВПІ.-1999. -№2. -С. 86-89.
12. Гуцало О.Г. Вимірювання неідентичності частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників // Вісник ВПІ.-1999. -№3. -С. 87-90.
13. Гуцало О.Г. Вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників в імпульсному режимі // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999. -№1. -С. 52-54.
14. Гуцало О.Г. Вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання чотириполюсників // Вісник ЖІТІ. – Технічні науки. -1999. -№9. -С. 154-157.
15. Гуцало О.Г. Вимірювання частотних характеристик фазового часу запізнювання чотириполюсників з великим загасанням // Вісник ВПІ. -1999. -№4. -С. 87-90.
16. Гуцало А.И., Юсеф Н.М. Принципы построения измерительных преобразователей фазового и группового времени задержки сигналов // Сб. Радиотехнические устройства контроля и обработки информации. – К.: УМК ВО, 1992. – С. 59-64.
17. А.с. SU 1246046 A1 СССР, МКИ 4G04F 10/06, H03H 7/30. Способ измерения времени задержки /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало, В.П. Савлюк, И.Ю. Скрипник (СССР). – №3847166/24-21; Заявлено 18.01.85; Опубл. 23.07.86, Бюл. №27, -3с.
18. А.с. SU 1257588 A1 СССР, МКИ 4G001R 35/00. Устройство для поверки измерителей группового времени запаздывания /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало, С.И. Пятин, В.Д. Рудык (СССР). – №3845817/24-21; Заявлено 18.01.85; Опубл. 15.09.86, Бюл. №34, -4с.
19. А.с. SU 1264121 A1 СССР, МКИ 4G01R 35/00. Устройство для имитации группового времени запаздывания /А.И. Гуцало (СССР). – №3907052/24-21; Заявлено 10.06.85; Опубл. 15.10.86, Бюл. №38, -3с.
20. А.с. SU 1287068 A1 СССР, МКИ 4G01R 35/00. Устройство для поверки измерителей группового времени запаздывания /А.И. Гуцало (СССР). – №3907075/24-21; Заявлено 10.06.85; Опубл.30.01.87, Бюл. №4, – 4с.
21. А.с. SU 1290246 A1 CCCP, МКИ 4G04F 10/06, Н 03 К 5/13. Устройство для измерения времени задержки / Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало, В.П. Савлюк, И.Ю. Скрипник (СССР). – №3956273/24-21; Заявлено 17.09.85; Опубл. 15.02.87, Бюл. №6, – 4с.
22. А.с. SU 1310772 A1 CCCP, МКИ 4G04F 10/06. Измеритель фазового времени задержки /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало (СССР). – №3992592/24-21; Заявлено 20.12.85; Опубл. 15.05.87, Бюл. №18, – 3с.
23. А.с. SU 1318987 А1 СССР, МКИ 4G04F 10/06, Н03 Н7/30. Способ определения фазового времени задержки четырёхполюсников /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало, В.П. Савлюк, И.Ю. Скрипник (СССР). -№4009648/24-21; Заявлено 14.01.86; Опубл. 23.06.87, Бюл. №23, -4с.
24. А.с. SU 1337809 A1 CCCP, МКИ 4G01R 25/00. Фазометр / С.И. Пятин, Ю.А. Скрипник, В.Д. Рудык, В.П. Савлюк, А.И. Гуцало (СССР). – №4016617/24-21; Заявлено 03.02.86; Опубл. 15.09.87, Бюл. №34, -3с.
25. А.с. SU 1383282 A1 СССР, МКИ 4G04F 10/06. Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников /А.И.Гуцало, Ю.А. Скрипник (СССР). – №4135167/24-21; Заявлено 20.10.86; Опубл. 23.03.88, Бюл. №11, -4с.
26. А.с. SU 1383283 A1 СССР, МКИ 4G04F 10/06. Устройство для измерения неидентичности фазового времени задержки /А.И.Гуцало, Ю.А. Скрипник (СССР). – №4135168/24-21; Заявлено 20.10.86; Опубл. 23.03.88, Бюл. №11, -4с.
27. А.с. SU 1406562 A1 CCCP, МКИ 4G04F 10/06. Устройство для измерения фазового времени задержки /А.И. Гуцало, Ю.А. Скрипник (СССР). – №4159527/24-21; Заявлено 10.12.86; Опубл. 30.06.88, Бюл. №24, -4с.
28. А.с. SU 1406550 A1 CCCP, МКИ 4G01R 35/00. Устройство для поверки линий задержки/А.И. Гуцало, С.И. Пятин, Ю.А. Скрипник, Э.Е. Пашковский (СССР). – №4191490/24-21; Заявлено 10.12.86; Опубл. 30.06.88, Бюл.№24, -4с.
29. А.с. SU 1446597 A1 CCCP, МКИ 4G04F 10/06. Способ определения фазового времени задержки сигнала /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало (СССР). – №4274628/24-21; Заявлено 02.07.87; Опубл. 23.12.88, Бюл. №47, -6с.
30. А.с. SU 1486982 A1 СССР, МКИ 4G04F 10/06. Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников /А.И. Гуцало (СССР). – №4299361/24-21; Заявлено 02.07.87; Опубл. 15.06.89, Бюл. №22, -4с.
31. А.с. SU 1503040 A1 СССР, МКИ 4G04F 10/06. Устройство для измерения группового времени запаздывания /А.И.Гуцало, Ю.А. Скрипник, А.И. Коркош (СССР). – №4257991/24-21; Заявлено 05.06.87; Опубл. 23.08.89, Бюл. №31, -4с.
32. А.с. SU 1541548 А1 СССР, МКИ 5G01R 35/00. Устройство для поверки линий задержки /А.И. Гуцало (СССР). -№4448696/24-21; Заявлено 27.06.88; Опубл. 07.02.90, Бюл. №5, -4с.
33. А.с. SU 1557543 A1 CCCP, МКИ 5G04F 10/06. Устройство для измерения фазового времени задержки четырёхполюсников /А.И. Гуцало, Ю.А. Скрипник (СССР). – №4448927/24-21; Заявлено 27.06.88; Опубл. 15.04.90, Бюл. №14, -5с.
34. А.с. SU 1557544 А1 СССР, МКИ 4G04F 10/06. Устройство для измерения фазового времени задержки четырехполюсников /А.И. Гуцало, Ю.А. Скрипник, В.Я. Супьян (СССР). – №4449483/24-21; Заявлено 27.06.88; Опубл. 15.04.90, Бюл. №14, -6с.
35. А.с. SU 1608596 A1 CCCP, МКИ G01R 35/00. Устройство для поверки и измерения неравномерности переменных линий задержки / С.И. Пятин, И.С. Пятин, А.И. Гуцало, И.Ф. Седлецкий (СССР). – №4623358/24-21; Заявлено 20.12.88; Опубл. 23.11.90, Бюл. №43, -5с.
36. А.с. SU 1620985 A1 СССР, МКИ G01R 27/28. Устройство для измерения фазового времени задержки /А.И. Гуцало (СССР). -№4647546/24-21; Заявлено 08.12.88; Опубл. 07.02.91, Бюл. №2, – 5с.
37. А.с. SU 1626198 А1 СССР, МКИ 5G01R 27/28. Устройство для измерения неидентичности фазочастотных характеристик /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало, Н.Н. Головина (СССР). – №4636096/24-21; Заявлено 08.12.88; Опубл. 07.02.91, Бюл. №5, -4с.
38. А.с. SU 1638686 A1 СССР, МКИ 5G01R 35/00. Измеритель группового времени запаздывания /А.И. Гуцало, Ю.А. Скрипник, В.Я. Супьян (СССР). – №4453139/24-21; Заявлено 01.07.88; Опубл. 30.03.91, Бюл. №12, -5с.
39. А.с. SU 1661718 А1 СССР, МКИ 5G04F 10/06. Способ определения фазового времени задержки /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало (СССР). -№4668993/24-21; Заявлено 09.02.89; Опубл. 07.07.91, Бюл. №25, -5 с.
40. А.с. SU 1679408 А1 СССР, МКИ 5G01R 25/00. Способ определения фазового набега четырёхполюсников / И.Ю. Скрипник, Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало, Р.Л. Григорьян (СССР). – №4751311/21; Заявлено 19.10.89; Опубл. 23.09.91, Бюл. №35, -4с.
41. А.с. SU 1707583 A1 CCCP, МКИ 5G01R 35/00. Измеритель группового времени запаздывания /А.И. Гуцало, Ю.А. Скрипник, С.И. Пятин (СССР). – №4648968/24-21; Заявлено 09.02.89; Опубл. 23.01.92, Бюл. №3, -4с.
42. А.с. SU 1809327 А1 СССР, МКИ G01 7/00. Способ определения времени задержки фазы монохроматического оптического излучения /Ю.А. Скрипник, И.Ю. Скрипник, В.Я. Супьян, А.И. Гуцало, С.Н. Горбатюк (СССР). – №4914730/10; Заявлено 25.02.91; Опубл. 15.04.93, Бюл. №14, -3с.
43. А.с. SU 1817036 А1 СССР, МКИ G04F 10/06. Способ определения фазового времени задержки и устройство для его осуществления /Ю.А. Скрипник, А.И. Гуцало (СССР). -№4921687/21; Заявлено 29.03.91; Опубл. 23.05.93, Бюл. №19, -5с.
44. Гуцало О.Г., Кичак В.М. Вимірювання групового часу запізнювання каналів зв`язку за методом двотонального сигналу // Сб. трудов международной НТК «Приборостроение-97», Ч.1. Приложение к Всеукраинскому научно-техническому журналу «Вибрации в технике и технологиях». – Винница – Симеиз. -1997. – С. 145 – 148.
45. Гуцало О.Г., Кичак В.М. Вимірювання частотних характеристик групового часу запізнювання ліній затримки //Зб. наукових праць VI-ої НТК “Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”. – Хмельницький. -1999. – С. 7-10.
Особистий внесок. Основний зміст дисертаційної роботи, всі теоретичні та практичні результати, висновки і рекомендації, виконані автором особисто на основі проведених досліджень. В друкованих працях [5, 8, 16, 44-45] і авторських свідоцтвах на винаходи [17-18, 21-29, 31, 33-35, 37-43], опублікованих у співавторстві, автору належить розробка методів і алгоритмів вимірювання, їх практична реалізація в структурних схемах, результати теоретичного аналізу цих схем і експериментальних досліджень, авторство ідей винаходів і їх теоретичне обгрунтування.
Розроблені в дисертації основи функціонального проектування ЗВ ФЧЗ і ГЧЗ сигналів можуть бути використані при розробці ЗВ відстаней до нерухомих об’єктів, місця пошкодження електричних і волоконно-оптичних кабелів та вимірювані дисперсії їх ФЧЗ і ГЧЗ, а також в інших галузях народного господарства, що значно розширює можливості практичного застосування результатів роботи.
АНОТАЦІЯ
Гуцало О.Г. Основи теорії і функціонального проектування засобів вимірювання часу запізнювання сигналів, нечутливих до фазових спотворень перетворювальних каналів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.08 – радіовимірювальні прилади. -Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 1999.
Дисертацію присвячено питанням теоретичних досліджень основ функціонального проектування засобів вимірювання фазового і групового часу запізнювання сигналів, які забезпечують однозначність вимірювання, виключення методичної похибки, обумовленої нелінійністю фазочастотної характеристики досліджуваного чотириполюсника та похибки, яка вноситься перетворювальними каналами.
В роботі на основі структурного синтезу, розроблено і теоретично обгрунтовано оптимальні принципи побудови радіовимірювальних засобів фазового і групового часу запізнювання сигналів при їх проходженні через чотириполюсники з зосередженими та розподіленими параметрами. Розроблено також методи атестації зразкових мір часу запізнювання сигналів і нові принципи побудови на їх основі пристроїв перевірки засобів вимірювання.
Ключові слова: функціональне проектування, радіовимірювальний засіб, фазовий час запізнювання, груповий час запізнювання, зразкова міра.
Gutsalo A.I. Bases of theory and functional designing the time measurement facilities of lagging the signals, non-sensitive to phase garbling the preeducational channels. – Manuscript.
Thesis on cosearching for a teaching degrees of doctor of technical sciences on professions 05.11.08 – radiomeasuring devises, State Technical University of Vinnitsa, Vinnitsa, 1999.
Thesis is denote questions of basic researches an bases of functional designing the measurement facilities of phase and group time of lagging the signals, which ensure univocacy of measurement, exception of methodical inaccuracy, stipulate non-single-line phase-frequency feature under investigation quadripole and inaccuracy, which is contribute by preeducational channels.
In work on the base of structured syntheses, is designed and are theoretically motivated optimum principles of building radio measurement facilities of phase and group time of lagging the signals under their passing through the quadripole with collected and portioned parameters. Designed also methods to qualifications of exemplary measures of time of lagging the signals and new principles of building on their base of devices of check of measurement facilities.
Key words: functional designing, radio measurement facility, phase time of measurements, group time of measurements, exemplary measure.
Гуцало А.И. Основы теории и функционального проектирования средств измерения времени запаздывания сигналов, нечувствительных к фазовым искажениям преобразовательных каналов. – Рукопись.
Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.11.08 – радиоизмерительные приборы. -Винницкий государственный технический университет, Винница, 1999.
Диссертация посвящена основам теории фазовых и амплитудных искажений сигналов сложной спектральной структуры и функциональному проектированию средств измерения фазового и группового времени запаздывания и их метрологическому обеспечению.
В работе проведён анализ известных основ функционального проектирования средств измерения фазового и группового времени запаздывания сигналов, на основе которого выявлены недостатки и намечены пути их устранения. При этом показано, что наиболее важным недостатком при измерении частотных характеристик фазового времени запаздывания является неоднозначность измерения, а при измерении частотных характеристик группового времени запаздывания – методическая погрешность, обусловленная нелинейностью фазочастотной характеристики четырёхполюсника.
Разработаны основы теории фазовых и амплитудных искажений сигналов сложной спектральной структуры и показано, что для устранения методической погрешности измерения группового времени запаздывания при аппроксимации фазочастотной характеристики четырёхполюсника полиномом третьей или четвёртой степени более эффективным является использование двухтонального амплитудно-модулированного сигнала. При этом разработаны алгоритмы расчёта группового времени запаздывания, исключающие методическую погрешность.
Значительное внимание в работе уделено разработке основ функционального проектирования средств измерения частотных характеристик фазового времени запаздывания четырёхполюсников, которые наряду с повышением точности обеспечивают также устранение неоднозначности измерения.
На основе структурного синтеза разработаны и теоретически обоснованы оптимальные варианты принципов построения радиоизмерительных средств частотных характеристик группового времени запаздывания четырёхполюсников, которые базируются на использовании двухтонального амплитудно-модулированного сигнала и характеризуются нечувствительностью к фазовых искажениям сигналов в преобразовательных каналах. При этом показано, что при измерении частотных характеристик группового времени запаздывания каналов связи, наиболее оптимальным является принцип построения с преобразованием модулирующих частот двухтонального амплитудно-модулированного сигнала в приёмной части средства измерения, что позволяет в отличии от известных принципов построения обойтись без опорного генератора.
На основе коммутационного метода и двухтонального амплитудно-модулированного сигнала разработаны оптимальные варианты принципов построения средств измерения неидентичности частотных характеристик группового времени запаздывания, проведена оценка их точности и помехозащищённости.
Рассмотрены также вопросы метрологического обеспечения средств измерения частотных характеристик фазового и группового времени запаздывания, которые посвящены методам аттестации образцовых мер, разработанных на основе фазовых контуров второго порядка и дисперсионных ультразвуковых линий задержки. На основе образцовых мер с плавно-изменяющейся и дискретной линиями задержки разработана схема поверки средств измерения фазового времени запаздывания, которая отвечает образцовым средствам поверки не ниже первого разряда точности.
Разработана также схема поверки средств измерения частотных характеристик группового времени запаздывания, которая базируется на коммутационном методе и обеспечивает автоматизацию поверки в пределах от 0,1 до 250 мкс в диапазоне частот до 10 МГц.
Ключевые слова: функциональное проектирование, радиоизмерительное средство, фазовое время запаздывания, групповое время запаздывания, образцовая мера.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
