Увеличение точности измерения временных параметров сигналов с использованием двойных импульсных последовательностей

Измерению временных параметров, в том числе и их изменению, уделяется большое внимание в современной диагностике. Целью данной работы являлась разработка метода измерения временных интервалов, позволившего увеличить точность измерения за счёт уменьшения погрешностей, связанных с нестабильностью основных параметров импульсного сигнала.

В большинстве используемых подходов, мало учитывается погрешность, связанная с нестабильностью основных параметров исследуемых сигналов. В качестве альтернативы предложен спектральный метод, при котором измерение временных интервалов, а также их изменения производится на основе анализа импульсных последовательностей, сформированных на основе характерных точек измеряемого сигнала. Для этого рассмотрена двойная импульсная последовательность, получено уравнение для амплитуд её спектральных составляющих и, в соответствии с этим, установлено, что время задержки между двойными импульсами является наиболее информативным параметром.

Далее с помощью ПО Mathcad проведён анализ областей чувствительности на изменение основных параметров импульсной последовательности, а именно частоты следования, как основного дестабилизирующего фактора.

Как результат реализации разработанной методики, предложена структурная схема измерительной системы и проанализирована погрешность измерения, связанная с нестабильностью основных параметров импульсной последовательности. Данная погрешность составляет менее 0,01 %.

Таким образом, рассмотренный метод позволяет повысить точность измерения временных интервалов за счёт практически полного исключения влияния нестабильности опорной частоты и амплитуды формируемых импульсов, что недостижимо современными аппаратными средствами в том числе и при цифровой обработке сигналов.

1. Zhuk A., Pligin E.A., Lyagin A.M. Romanʼko D.V., Pletukhina A.A. Tsifrovoy sposob izmereniya fazovogo sdviga garmonicheskikh kolebaniy, [Digital method for measuring the phase shift of harmonic oscillations]. Patent RU, no. 2419098C2, 2011-05-20 (in Russian).

2. Golʼdshteyn E.I., Batseva N.L. Sposob opredeleniya sdviga faz mezhdu dvumya sinusoidal'nymi signalami [Method for determining the phase shift between two sinusoidal signals]. Patent BY, no. 19224C1, 2005-11-20.

3. Abhaikumar V., Raju S., Deepak Ram Prasath S., Senthilkumar R., Vasikaran P. Devices and methods for phase shifting a radio frequency (RF) signal for a base station antenna. Patent US, no. 8862063B2, 2014-10-14.

4. Shemigon N.N., Kukushkin S.S., Gladkov I.A. Sposob opredeleniya dal'nosti do ob"yekta s istochnikom izlucheniya signalov s raznymi chastotami [Method for determining the distance to an object with a source of radiation of signals with different frequencies]. Patent RU, no. 2469349, 2013-03-19 (in Russian).

5. Sukhodolov YU.V., Kish O.I., Pasikunov N.V. Sposob opredeleniya dal'nosti tseli [Method for determining the target range]. Patent BY, no. 19224C1, 2015.06.30

6. Wolfgang Maichen. Digital Timing Measurements. From Scopes and Probes to Timing and Jitter, Teradyne Inc.Agoura HillsUSA, 2006, 240 p.

7. Patyukov V.G., Patyukov E.V. Sposob tsifrovogo izmereniya dlitel'nosti vremennykh intervalov [Method for digital measurement of the duration of time intervals]. Patent RU, no. 2414736, 2011-03-20 (in Russian).

8. Tutygin V.S. Sposob izmereniya vremennykh intervalov mezhdu radioimpul'sami [Method for measuring time intervals between radio pulses]. Patent RU, no. 2456632, 2012-07-20 (in Russian).

9. Bezmaternykh N.F., Vayts S.V., Zlygostev A.M., Makarenko S.L., Palkin S.M., Toropitsyn S.V. Sposob izmereniya vremennykh intervalov elektricheskikh signalov [Method for measuring time intervals of electrical signals]. Patent RU, no. 02162243, 20.01.2001 (in Russian).

10. Sukhodolov YU.V., Kish O.I., Kruchenok L.P. Sposob opredeleniya vremeni zaderzhki mezhdu dvumya periodicheskimi posledovatel'nostyami impulʼsov [Method for determining the delay time between two periodic pulse trains]. Patent BY, no. 19225S1, 2015.06.30

11. Kharkevich A.A. Spektry i analiz [Spectra and Analysis]. Izd. 6, Moscow, URSS, 2018, 240 p.