Brevet FR2500168A1 — publié le 19820820

Phasemètre numérique d 'asservissement. L'invention concerne les instruments radio-électriques pour mesurer les paramètres de signaux électriques, et plus particulièrement les phasemètres numériques d'asservissement utilisés, par exemple, pour mesurer la différence de phases des signaux électriques engendrés par les systèmes de radionavigation par phase. A l'heure actuelle, les solutions techniques visent l'augmentation de la précision et de l'immunité aux bruits de l'appareillage de mesure faisant partie des systèmes de radionavigation par phase. La mise au point des méthodes numériques et des appareillages de mesure radio-électrique a permis d'approcher de la so- lution du problème lié à la simplification des phasemètres et à l'amélioration de leurs caractéristiques qualitatives. Dans ces systèmes de radionavigation par phase, on utilise le plus souvent les phasemètres compensateurs basés sur un système électromécanique. Pourtant, la précision et la fiabilité de tels phasemètres sont faibles et sont déterminées par les caractéristiques des pièces et ensembles mécaniques tels que réducteurs, roues dentées, transmissions à dents et à vis sans fin. On rencontre de grandes difficultés à la solution du problème d'entrée directe de l'information dans l'ordinateur depuis un mesureur. La présence des convertisseurs mécaniques auxiliaires servant à convertir une action mécanique en un code numérique diminue encore la précision de la mesure de la valeur du paramètre de radionavigation (différence de phases). I1 existe un récepteur portatif du système de radio-navigation "Lorak" (société Seiscor) qui comporte des récepteurs et un bloc d'indicateurs réalisés suivant un montage de phasemètre compensateur d'asservissement utilisant un déphaseur constitué par un selsyn, un moteur, un détecteur de phase et une transmission mécanique. L'entrée des valeurs du paramètre de radionavigation dans l'ordinateur se fait par l'intermédiaire d'un convertisseur analogiquecode. Ce récepteur permet de réaliser les mesures du déphasage par un système radio-électrique de navigation par phase, mais, compte tenu des ensembles mécaniques, la précision des mesures n'est pas grande. Il existe un phasemètre numérique d'asservissement (voir, par exemple, le certificat d'auteur de l'URSS nO 617747, publié le 30 Juillet 1978), qui comporte deux conformateurs d'entrée dont les sorties sont reliées à travers deux éléments de commutation respectifs aux entrées d'un circuit logique "oU", un générateur d'impulsions de comptage branché sur les deuxièmes entrées de ces éléments de commutation et deux compteurs-diviseurs dont un, ayant un coefficient de division variable, est relié aux sorties d'un compteur bidirectionnel et du circuit logique "OU". Le phasemètre comporte également un commutateur, un compteur réversible de cycles de phase entiers, un échantillonneur de phase binaire, un inverseur et un bloc de valeurs égales dont les entrées sont reliées aux sorties de l'échantillonneur de phase binaire et du compteur réversible et la sortie est branchée sur une troisième entrée du premier élément de commutation, sur le commutateur et, à travers l'inverseur, sur une troisième entrée du deuxième élément de commutation. Le commutateur est relié par ses autres entrées aux compteurs-diviseurs et par ses sorties, à travers le compteur réversible, au compteur réversible de cycles de phases entiers. Le générateur d'impulsions de comptage est branché sur le premier compteurdiviseur et l'échantillonneur de phase binaire, sur les deuxièmes entrées des conformateurs d'entrée. Ce phasemètre numérique d'asservissement décrit permet d'asservir la différence de phases des signaux d'entrée dans toute gamme de valeurs et d'assurer un régime d'asservissement optimal de la variation de la différence de phases d'entrée et de l'indication du phasemètre, ce qui donne la possibilité de l'utiliser en tant que mesureur de phase dans les systèmes de radionavigation par phase. Pourtant, il est caractérisé par une immunité aux parasites et une rapidité non uniformes dans toute la gamme de mesures. Cette hétérogénéité des caractéristiques dynamiques de la mesure de la différence de phases est due à la nonlinéarité du système d'asservissement numérique choisi en tant que base du phasemètre numérique d'asservissement. Il existe un phasemètre numérique d'asservissement (voir, par exemple, le certificat d'auteur de l'URSS nO 576547, publié le 15 Mai 1977) comportant un conformateur d'impulsions courtes correspondant an flanc avant des signaux électriques rectangulaires appliqués aux entres du phasemètre numérique d'asservissement dont une est aussi l'entrée dudit conformateur ; ce dernier a sa sortie raccordée à l'entrée d'un premier élément de commutation dont la sortie est raccordée à l'entrée d'un compteur d'impulsions dont l'entrée de comptage est reliée électriquement à un générateur d'impulsions et la sortie à l'entrée d'un distributeur d'impulsions de commande qui a sa sortie reliée électriquement à l'entrée de soustraction (de décomptage) d'un compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase dont l'entrée d'addition est reliée électriquement à la sortie d'un élément de commutation faisant partie du distributeur d'impulsions de commande, et ayant sa première entrée reliée électriquement à une deuxième entrée du phase mètre numérique d'asservissement, ledit compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase ayant ses sorties respectives raccordées aux entrées d'addition et de soustraction du compteur réversible de cycles entiers de phase. Dans ledit phasemètre, la liaison-électrique du générateur d'impulsions de comptage avec l'entrée d'addition du compteur d'impulsions est réalisée au moyen du premier élément de commutation. Le distributeur d'impulsions de commande, en plus de l'élément de commutation, comporte un commutateur, un comparateur des poids du code, une ligne à retard et une bascule. La sortie de l'élément de commutation est dans ce cas liée électriquement aux entrées d'addition et de soustraction du compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase, par l'intermédiaire du comparateur des poids de code, et le commutateur mis en série entre eux, ainsi qu'à l'entrée de la bascule, par l'intermédiaire de la ligne à retard. La sortie de la bascule est raccordée à une entrée de l'élément de commutation dont une autre entrée est reliée électriquement à l'entrée du phasemètre, l'autre entrée de la bascule étant raccordée à la sortie du conformateur d'impulsions courtes. La liaison électrique de la sortie du compteur d'impulsions avec l'entrée du distributeur d'impulsions de commande est- réalisée au moyen du raccordement de la sortie de ce compteur d'impulsions aux entrées du comparateur des poids de code et du commutateur, aux autres entrées desquels est raccordée la sortie du compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase. Le système d'asservissement linéaire se trouvant à la base du phasemètre sus-décrit assure l'homogénéité des caractéristiques de l'immunité aux parasites et de rapidité suivant toute la gamme de mesures. Pourtant, ce phasemètre est encombrant et complexe du point de vue appareillage, y compris l'emploi de dispositifs aussi compliqués que le comparateur des poids de code et le commutateur. L'invention vise à fournir un phasemètre numérique d'asservissement dans lequel le montage du distributeur d'impulsions de commande permettrait la simplification de l'appareillage du phasemètre tout en préservant la linéarité de ses caractéristiques dynamiques dans toute la gamme de mesures. Le problème posé est résolu à l'aide d'un phasemètre numérique d'asservissement qui comporte : un conformateur d'impulsions courtes correspondant au flanc avant de signaux électriques rectangulaires attaquant les entrées du phasemètre numérique d'asservissement dont l'une est l'entrée de ce conformateur, la sortie duquel est électriquement reliée à l'entrée d'un premier élément de commutation dont la sortie est branchée sur l'entrée d'un compteur d'impulsions, l'entrée de comptage duquel est électriquement reliée à un générateur d'impulsions de comptage, et la sortie est branchée sur une première entrée d'un distributeur d'impulsions de commande dont la sortie est électriquement reliée à l'entrée de soustraction d'un compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phases, l'entrée d'addition duquel est reliée électriquement à la sortie d'un élément de commu.tation faisant partie du distributeur d'impulsions de-commande ayant sa première entrée reliée électriquement à une deuxième entrée du phasemètre numérique d'asservissement, le compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phases étant branché sur les entrées d'addition et de soustrattion d'un compteur réversible de cycles de phase, ledit phasemètre étant, conformément à l'invention, caractérisé en ce que le distributeur d'impulsions de commande comporte un inverseur dont l'entrée est reliée à la première entrée de l'élément de commutation de ce distributeur et le point de connexion sert directement de deuxième entrée du phasemètre numérique d'asservissement, et un élément de commutation auxiliaire dont la première entrée est branchée sur la sortie de l'inverseur, la deuxième entrée sur la deuxième entrée de l'élément de commutation principal, et la sortie sur l'entrée de soustraction du compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase, auquel cas l'entrée d'addition du compteur réversible de la partie frac- tionnaire du cycle de phase est directement branchée sur la sortie de l'élément de commutation principal du distributeur d'impulsions de commande, la sortie d'information de ce compteur étant branchée sur une deuxième entrée du premier élément de commutation, une première entrée duquel est directement branchée sur la sortie du conformateur d'impulsions courtes, le générateur d'impulsions dé comptage étant directement branché sur l'entrée de soustraction (de décomptage) du compteur d'impulsions et la sortie du compteur d'impulsions étant branchée à la deuxième entrée de l'élément de commutation principal faisant partie du distributeur d'impulsions de commande. Le phasemètre numérique d'asservissement propose permet de réaliser des mesures précises de la différence de phases et assure une haute immunité aux bruits et une grande rapidité de fonctionnement. L'invention ressortira mieux de la descriptiont qui suit d'un exemple concret de son exécution, schématisé sur le dessin annexé dans lequel est représenté le schéma synoptique d'un- phasemètre numérique d'asservissement selon l'invention. Le phasemètre numérique d'asservissement proposé est destiné à être utilisé dans le récepteur-indica- teur du système de radionavigation par phase. Le phasemètre numérique d'asservissement comporte un conformateur d'impulsions courtes 1 dont l'entrée sert de première entrée du phasemètre numérique d'asservissement. Le cohformateur d'impulsions courtes 1 fournit des impulsions courtes correspondant au flanc avant des signaux électriques rectangulaires attaquant son entrée et une deuxième entrée du phasemètre. Le phasemètre numérique d'asservissement comporte aussi un élément de commutation 2, dont l'entrée est branchée sur la sortie du conformateur d'impulsions courtes l, et un compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases. Le compteur réversible 3 permet de mesurer les différences de phases dans les limites d'un angle complet ou d'un cycle de phase complet (de O à 3600) (de O à 990 centièmes de cycle). La capacité totale du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases est égale à N, N étant la base du système d'unités de mesure. La sortie d'information du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases est branchée sur une autre entrée de l'élément de commutation 2. Le phasemètre numérique d'asservissement comporte de plus un compteur d'impulsions 4 et un générateur d'impulsions de comptage 5. La capacité totale du compteur d'impulsions 4 est égale à N (N est défini cidessus). Le compteur d'impulsions 4 fonctionne en soustraction, et au dépassement du nombre inscrit dans le compteur d'impulsions 4 de la valeur N, la sortie du compteur d'impulsions 4 forme une impulsion d'emprunt. Dans la variante de réalisation décrite, l'en- trée d'affichage du compteur d'impulsions 4 est branchée sur la sortie de l'élément de commutation 2. Le générateur d'impulsions de comptage 5 forme les impulsions de comptage avec une fréquence f = Nfc, ok fc est la fréquence des signaux électriques sur laquelle on réalise la mesure de la différence de phases. La sortie du générateur d'impuls-ions de comptage 5 est branchée sur l'entrée de comptage de soustraction du compteur d'impulsions 4. Le phasemètre numérique d'asservissement comporte aussi un distributeur d'impulsions de commande 6. Le distributeur d'impulsions de commande 6 assure, en fonction de la polarité du signal électrique d'entrée et du temps de l'arrivée de l'impulsion d'emprunt depuis la sortie du compteur d'impulsions 4, la livraison des impulsions soit sur l'entrée d'addition, soit sur l'entrée de soustraction du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phase. Le distributeur d'impulsions de commande 6 comporte à son tour un inverseur 7 et des éléments de commutation 8 et 9. L'entrée de l'inverseur 7 est reliée à l'entrée de l'élément de commutation 8 et le point de connexion sert de deuxième entrée au phasemètre numérique d'asservissement.La sortie de l'élément de commutation 8 du distributeur d'impulsions de commande 6 est branchée sur l'entrée d'addition du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases, alors que la sortie de l'inverseur 7 est branchée sur 1'en- trée-de l'élément de commutation 9. La sortie de l'élé- ment de,commutation 9 est à son tour branchée sur- l'en- trée de soustraction du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases. Les deuxièmes entrées des éléments de commutation 8 et 9 du distributeur d'impulsions de commande 6 sont réunies et branchées sur la sortie du compteur d'impulsions 4. Le phasemètre numérique d'asservissement comporte également un compteur réversible 10 de cycles de phases entiers dont les entrées d'addition et de soustraction sont branchées sur les sorties respectives du-compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases. Le phasemètre numérique d'asservissement fonctionne de la façon suivante. Le conformateur d'impulsions courtes l forme des impulsions courtes correspondant au flanc avant des signaux électriques rectangulaires attaquant la première entrée du phasemètre numérique d'asservissement. Les impulsions courtes fournies par la sortie du conformateur l débloquent l'élément de commutation 2 pour le temps de la durée de l'impulsion courte en affichant ainsi dans le compteur d'impulsions 4 une valeur numérique Q inscrite dans le compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases.Après l'écriture de la valeur numérique "2", le compteur d'impulsions 4 réalise la soustraction d'impulsions de comptage du générateur 5 après quoi la sortie du compteur d'impulsions 4 forme une impulsion d'emprunt qui attaque l'élément de commutation 8 et l'élément de commutation 9 du distributeur d'impulsions de commande 6 et, en fonction de l'élément de commutation qui est débloqué, passe soit sur l'entrée d'addition, soit sur l'entrée de soustraction du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du -cycle de phases. A l'arrivée sur l'une des entrées du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases d'une impulsion, le compteur réversible 3 mémorise soit la valeur t+1, soit la valeur e-1. - La valeur Q du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phase doit varier conformément à la loi de variation de la différence de phases et correspondre à la valeur de la différence de phases mesurée. Supposons que la valeur Q du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases soit supérieure à la valeur de la différence de phases mesurée, c'est-à-dire que Q > a, où a est la valeur de la différence de phases mesurée. Alors, l'impulsion courte fournie par le conformateur 1 et corres- pondant au flanc avant du signal d'entrée débloque l'élément de commutation 2 en inscrivant la valeur dans le compteur d'impulsions 4. Dans le compteur d'impulsions 4 se produira le décomptage d'impulsions et il se forme une impulsion d'emprunt. Ainsi, le flanc avant du signal à l'entrée du conformateur d'impulsions courtes se trouve retardé en phase de la va leur Q e. En ce cas, le compteur d'impulsions 4 joue le rôle d'un déphaseur numérique. La position temporelle de l'impulsion formée à la sortie du compteur d'impulsions 4 correspond à ce moment à la demi-onde négative du signal électrique rectangulaire attaquant l'entrée du distributeur d'impulsions de commande 6 depuis la deuxième entrée du phasemètre. L'inverseur 7 du distributeur d'impulsions de commande 6 forme pour ce temps un potentiel positif qui débloque l'élément de commutation 9 du distributeur d'impulsions de commande 6. L'impulsion fournie par la sortie du compteur d'impulsions 4 passe par l'élément de commutation 9 du distributeur d'impulsions de commande 6a et attaque l'entrée de soustraction du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases en diminuant la valeur Q de 1. La soustraction successive de 1 depuis la lecture précédente Q du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phase se fait en n périodes du signal explore : n = t - a, où n est la valeur du désaccord initial de la valeur t du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phase et de la valeur réelle de la différence de phases a. Supposons que la valeur Q du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases es-t inférieure à la valeur de la différence de phases me surée, c'est-à-dire que e de commande 6. L'impulsion fournie par la sortie du compteur d'impulsions 4 passe par l'élément de commutation 8 du distributeur d'impulsions de commande et attaque l'entrée d'addition du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases en augmentation la valeur t de 1. L'addition successive de 1 à la valeur de la lec- ture précédente de t du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases se fait en n périodes du signal suivant n = a - i, où n, a sont les valeurs indiquées cidessus. Le compteur réversible 10 de cycles de phases entiers enregistre les impulsions de débordement du compteur réversible 3 de la partie fractionnaire du cycle de phases en calculant ainsi le nombre de cycles de phases complets. Le phasemètre numérique d'asservissement décrit assure l'asservissement de la différence de phases mesurée avec la vitesse due à la fréquence des signaux mesurés. L'asservissement de la différence de phases mesurée se fait suivant la voie la plus courte. La solution de montage du phasemètre est telle qu'il est possible de mesurer la différence de phases dans toute gamme de valeurs. L'utilisation du phasemètre numérique d'asservissement décrit dans le récepteur-indicateur des systèmes de radionavigation par phase permet par une solution simple de montage d'assurer la mesure de la différence de phases avec la précision et l'immunité aux bruits voulues. Comme il va de soi, et comme il résulte dtail leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATION Phasemètre numérique d'asservissement qui comporte un conformateur d'impulsions courtes correspondant au flanc avant des signaux électriques rectangulaires attaquant les entrées du phasemètre numérique d'asservissement, dont une est l'entrée de ce conformateur, la sortie duquel est électriquement reliée à une entrée d'un premier élément de commutation dont la sortie est branchée sur l'entrée d'un compteur d'impulsions, l'entrée de comptage duquel est électriquement reliée à un générateur d'impulsions de comptage et la sortie est branchée à l'entrée d'un distributeur d'impulsions de commande dont la sortie est électriquement reliée à l'entrée de soustraction d'un compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase l'entrée d'addition duquel est reliée électriquement à la sortie d'un élément de commutation faisant partie du distributeur d'impulsions de commande, lequel a sa première entrée liée électriquement à une deuxième entrée du phasemètre numérique d'asservissement, le compteur réversible de la partie fractionnaire du cycle de phase étant branché, par ses sorties respectives, à l'entrée d'addition et à l'entrée de soustraction d'un compteur réversible de cycles de phase entier, ledit phasemètre étant caractérisé en ce que le distributeur d'impulsions de commande (6) comporte un inverseur (7) dont l'entrée est reliée à une première entrée de l'élément de commutation principal (8) de ce distributeur (6) et'le point de connexion sert directement de deuxième entrée du phasemètre numérique d'asservissement, et un élément de commutation auxiliaire (9) dont une première entrée est branchée sur la sortie de l'inverseur (7), une deuxième entrée sur la deuxième entrée de l'élément de commutation principal (8), et la sortie sur l'entrée de soustraction du compteur réversible (3) de la partie frac tionnaire du cycle de phase, l'entrée d'addition du compteur réversible (3) de la partie fractionnaire du cycle de phase étant directement branchée sur la sortie de l'élément de commutation principal (8) du distributeur d'impulsions de commande (6), la sortie d'information dudit compteur réversible (3) étant branchée sur la deuxième entrée du premier élément de commutation (2), la première entrée duquel est directement branchée sur la sortie du conformateur d'impulsions courtes (1), le générateur d'impulsions de comptage (5) étant directement branché sur l'entrée de soustraction du compteur d'impulsions (4) et la sortie du comptcur d'impulsions (4) étant branchée à la deuxième entrée de l'élément de commutation principal (8) faisant partie du distributeur d'impulsions de commande (6).