[發(fā)明專利]一種用于高精度測量相位差的延遲正交數(shù)字中頻鑒相方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110143841.4
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN102200550A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張俊強(qiáng);張海輝;吳鑫煒;郭鴻濱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號(hào): G01R25/00
• 分類號(hào): G01R25/00
• 代理公司: 上海天翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電氣測量技術(shù)，具體設(shè)計(jì)一種相位差的測量技術(shù)。

背景技術(shù)

幅度、相位、頻率是正弦波的三要素，相位差則是研究兩個(gè)相同頻率信號(hào)之間關(guān)系的重要參數(shù)。

兩個(gè)頻率相同的交流電相位的差叫做相位差，或者叫做相差。這兩個(gè)頻率相同的交流電，可以是兩個(gè)交流電流，可以是兩個(gè)交流電壓，可以是兩個(gè)交流電動(dòng)勢，也可以是這三種量中的任何兩個(gè)。兩個(gè)同頻率正弦量的相位差就等于初相之差.是一個(gè)不隨時(shí)間變化的常數(shù).

相位差的測量是電氣測量的一項(xiàng)基本內(nèi)容，其含義為測量兩個(gè)同頻率周期信號(hào)的相位差值。傳統(tǒng)的測量方法很多，有示波器測量法，將相位差轉(zhuǎn)化為時(shí)間間隔法，電壓測量法，零示法等。

在現(xiàn)有的測量過程中，為了獲取幾個(gè)信號(hào)之間的相位差，通常采用多個(gè)采樣通道同時(shí)對各個(gè)信號(hào)進(jìn)行采樣的方法，包括如下的步驟：首先對各個(gè)采樣通道進(jìn)行校準(zhǔn)測試，即計(jì)算并存儲(chǔ)各個(gè)信號(hào)采樣通道的傳輸特性，以在最終測量結(jié)果中消除不同通道傳輸特性的影響，主要是獲取幅頻、相頻等參數(shù)；然后多個(gè)采樣通道同時(shí)對各個(gè)信號(hào)進(jìn)行采集，并對采集到的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等預(yù)處理，再進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；最后經(jīng)過由信息處理模塊提取每個(gè)信號(hào)的相位，經(jīng)過處理即可獲得各個(gè)信號(hào)之間的相位差，該步驟中應(yīng)該按照不同信道的傳輸特性對測量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。

現(xiàn)有的測量方法需要很復(fù)雜的硬件支持，所需硬件成本高；同時(shí)，現(xiàn)有測量方法的測量速速慢、測量的精度低，無法滿足快速發(fā)展的工業(yè)自動(dòng)化、智能控制以及通訊電子等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有相位差測量技術(shù)所存在的缺陷，而提供一種用于高精度測量相位差的延遲正交數(shù)字中頻鑒相方法。該方法測量速度快、測量結(jié)果精度高且抗干擾性強(qiáng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于高精度測量相位差的延遲正交數(shù)字中頻鑒相方法，所述方法包括如下步驟：

(1)先對兩路頻率相同的第一路射頻信號(hào)和第二路射頻信號(hào)分別進(jìn)行帶通采樣和帶通濾波，再進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到相同中頻頻率的第一路數(shù)字中頻帶通信號(hào)和第二路數(shù)字中頻帶通信號(hào)；

(2)兩路數(shù)字中頻帶通信號(hào)做乘法運(yùn)算，再進(jìn)行低通濾波，得到兩路信號(hào)相位差的余弦分量；同時(shí)，第一路數(shù)字中頻帶通信號(hào)與延遲一個(gè)采樣點(diǎn)后的第二路數(shù)字中頻帶通信號(hào)做乘法運(yùn)算，再進(jìn)行低通濾波，得到兩路信號(hào)相位差的正弦分量；

(3)將正弦分量和余弦分量相比，消除幅度影響，得到相位差的正切值；

(4)根據(jù)相位差的正切值和正弦分量、余弦分量的符號(hào)算出相位差。

在本發(fā)明的一實(shí)例中，所述步驟(1)中進(jìn)行帶通采樣時(shí)，所選取的采樣頻率既滿足帶通采樣定理，又滿足：采樣頻率＝4×中頻頻率。

在本發(fā)明的另一實(shí)例中，所述步驟(2)中進(jìn)行低通濾波時(shí)，濾除2倍中頻及以上頻率分量。

本方法全數(shù)字化處理，測量速度快，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，抗干擾性強(qiáng)。使用本方法測量相位差，可以大大節(jié)省硬件成本，提高鑒相性能。

本方法可以廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化、智能控制及通訊電子等許多領(lǐng)域。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明的原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

參見圖1，本發(fā)明為了測量兩路同頻率輸入信號(hào)的相位差，本發(fā)明給出了一種新的鑒相方法，即延遲正交數(shù)字中頻鑒相方法，該方法包括如下步驟：

第一步，先對兩路頻率為f，幅度分別為U_A和U_B，相位差為的射頻信號(hào)、U_Bcos(2πft)分別進(jìn)行帶通采樣和帶通濾波，再進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到兩路中頻頻率為f_I的數(shù)字中頻帶通信號(hào)。其中

該步驟中進(jìn)行帶通采樣時(shí)，需選取適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率f_s，該f_s既滿足帶通采樣定理，又滿足f_s＝4f_I。

第二步，兩路數(shù)字中頻帶通信號(hào)做乘法運(yùn)算后，再低通濾波，濾除2倍中頻及以上頻率分量，得到兩路信號(hào)相位差的余弦分量；同步的，第一路數(shù)字中頻帶通信號(hào)與延遲一個(gè)采樣點(diǎn)后的第二路數(shù)字中頻帶通信號(hào)做乘法運(yùn)算后，再低通濾波，濾除2倍中頻及以上頻率分量，得到兩路信號(hào)相位差的正弦分量，其中U＝U_AU_B/2。

第三步，將正弦分量和余弦分量相比，消除了幅度影響，得到相位差的正切值。