СИСТЕМА И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И ФАЗОВОЙ ЗАДЕРЖКИ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА

1. Система для определения значения амплитуды (А) и значения фазовой задержки (Ф), относящихся к измеряемому сигналу (s(t)), который имеет синусоидальные изменения в зависимости от времени (t) с частотой F, при этом указанная система содержит:
ref
ref
блок (1) синтеза, выполненный с возможностью генерировать контрольный сигнал (r(t)), который имеет синусоидальную форму временных изменений и имеет постоянную фазовую когерентность с измеряемым сигналом (s(t)), при этом указанный контрольный сигнал (r(t)) имеет амплитуду (A), большую, чем амплитуда (A) измеряемого сигнала (s(t)), и имеет частоту, равную F = F x P/Q, где P и Q являются двумя фиксированными не равными нулю положительными целыми числами, при этом Р больше Q,
компаратор (130), подключенный для приема на двух входах указанного компаратора измеряемого сигнала (s(t)) и контрольного сигнала (r(t)) и выполненный с возможностью выводить переходный сигнал каждый раз, когда измеряемый сигнал становится меньше, чем контрольный сигнал, или каждый раз, когда измеряемый сигнал становится больше, чем контрольный сигнал;
k
регистр-защелка (140), подключенный для приема мгновенных значений на входе данных указанного регистра и для приема сигнала, выводимого из компаратора (130), на входе валидации указанного регистра и выполненный с возможностью выбирать те мгновенные значения (ψ), которые принимаются указанным регистром одновременно с переходным сигналом, выдаваемым компаратором, при этом компаратор и регистр образуют канал (2) считывания для измеряемого сигнала (s(t)); и
вычислительный блок (3), подключенный для приема выбранных значений и выполненный с возможностью вычислять значения амплитуды (А) и фазовой задержки (Ф) измеряемого сигнала (s(t)) на основании указанных выбранных значений,
отличающаяся тем, что регистр-защелка (140) подключен для приема мгновенных значений фазы (ψ(t)) контрольного сигнала (r(t)) на входе данных указанного регистра, и
k
вычислительный блок подключен для приема выбранных значений (ψ) фазы (ψ(t)) контрольного сигнала (r(t)) и выполнен с возможностью вычислять значения амплитуды (А) и фазовой задержки (Ф) измеряемого сигнала (s(t)) на основании указанных выбранных значений фазы контрольного сигнала,
ref
k
и тем, что вычислительный блок (3) выполнен с возможностью вычислять значение синфазной амплитуды (Х) измеряемого сигнала (s(t)), равное а⋅cosФ, где Ф - значение фазовой задержки измеряемого сигнала, а а - частное от деления амплитуды (А) измеряемого сигнала (s(t)) на амплитуду (A) контрольного сигнала (r(t)), и значение квадратурной амплитуды (Y) измеряемого сигнала, равное a⋅sinФ, при помощи системы аффинных уравнений, имеющей для синфазной амплитуды (Х) и для квадратурной амплитуды (Y) измеряемого сигнала (s(t)) коэффициенты, которые зависят от выбранных значений (ψ) фазы контрольного сигнала (r(t)).
2. Система по п. 1, в которой число Р равно числу Q, увеличенному на единицу.
3. Система по п. 1 или 2, в которой по меньшей мере один из блока (1) синтеза, регистра-защелки (140) и вычислительного блока (3) выполнен в виде программируемой логической схемы (FPGA) или специализированной схемы (ASIC).
k
4. Система по любому из пп. 1-3, в которой вычислительный блок (3) выполнен с возможностью вычислять коэффициенты системы аффинных уравнений на основании выбранных значений (ψ) фазы контрольного сигнала (r(t)) и вычислять значения синфазной (Х) и квадратурной (Y) амплитуд измеряемого сигнала (s(t)) с применением алгоритма решения указанной системы аффинных уравнений, например, алгоритма инверсии аффинных уравнений или алгоритма решения методом наименьших квадратов.
k
5. Система по любому из пп. 1-3, в которой вычислительный блок (3) выполнен с возможностью определять приближенные значения коэффициентов синфазной амплитуды (Х) и квадратурной амплитуды (Y) измеряемого сигнала (s(t)) в системе аффинных уравнений, при этом указанные приближенные значения коэффициентов не зависят от выбранных значений (ψ) фазы контрольного сигнала (r(t)), и указанные выбранные значения фазы контрольного сигнала образуют аффинные члены указанной системы аффинных уравнений, при этом вычислительный блок дополнительно выполнен с возможностью вычислять приближенные значения синфазной (Х) и квадратурной (Y) амплитуд измеряемого сигнала (s(t)) в виде линейных комбинаций выбранных значений фазы контрольного сигнала.
1p
1q
2p
2q
k
6. Система по любому из пп. 1-3, в которой вычислительный блок (3) выполнен с возможностью вычислять амплитуды синфазной (H) и квадратурной (H) основных составляющих и гармонических составляющих (H, H,…) для выбранных значений (ψ) фазы контрольного сигнала (r(t)), при этом вычислительный блок дополнительно выполнен с возможностью вычислять приближенные значения синфазной (Х) и квадратурной (Y) амплитуд измеряемого сигнала (s(t)) на основании линейных комбинаций указанных амплитуд синфазной и квадратурной основных составляющих и гармонических составляющих выбранных значений фазы контрольного сигнала.
1p
1q
2p
2q
k
7. Система по п. 6, в которой вычислительный блок (3) выполнен с возможностью вычислять приближенные значения синфазной (H) и квадратурной (H) основных составляющих и гармонических составляющих (H, H,…) для выбранных значений (ψ) фазы контрольного сигнала (r(t)) в виде комбинации сумм и разностей указанных выбранных значений фазы контрольного сигнала, при этом вычислительный блок дополнительно выполнен с возможностью вычислять приближенные значения синфазной (Х) и квадратурной (Y) амплитуд измеряемого сигнала (s(t)) на основании линейных комбинаций приближенных значений амплитуд синфазной и квадратурной основных составляющих и гармонических составляющих выбранных значений фазы контрольного сигнала.
8. Система по п. 7, в которой число Р является кратным 60.
0
1
9. Система по любому из пп. 1-8, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью выдавать значения амплитуды (А) и фазовой задержки (Ф), которые относятся к множеству измеряемых сигналов (s(t), s(t),…), каждый из которых имеет синусоидальные изменения в зависимости от времени (t), при этом все указанные измеряемые сигналы имеют частоту F,
0
1
0
1
при этом указанная система содержит соответствующие каналы (2, 2,…) считывания, которые выделены индивидуально для измеряемых сигналов (s(t), s(t),…), при этом каждый канал считывания содержит компаратор (130, 131,…) и регистр-защелку (140, 141,…), выполненные и подключенные по п. 1, отдельно от других каналов считывания,
0
1
при этом блок (1) синтеза является общим для всех каналов (2, 2,…) считывания для передачи контрольного сигнала (r(t)) одновременно во все компараторы (130, 131,…) и для передачи мгновенных значений фазы (ψ(t)) указанного контрольного сигнала одновременно во все регистры-защелки (140, 141,…).
10. Система по любому из пп. 1-9, в которой блок (1) синтеза содержит:
вход для приема сигнала тактового генератора;
1
первый циклический накопитель (102), выполненный с возможностью генерировать фазу сигнала возбуждения (E(t)) на основании сигнала тактового генератора в соответствии с первым инкрементом (W) накопления;
2
второй циклический накопитель (103), выполненный с возможностью генерировать фазу (ψ(t)) контрольного сигнала (r(t)) на основании сигнала тактового генератора в соответствии со вторым инкрементом (W) накопления;
первый блок (110) формирования сигнала для создания сигнала возбуждения (E(t)) с синусоидальной формой временных изменений на основании фазы, генерируемой первым циклическим накопителем (102); и
второй блок (111) формирования сигнала для создания контрольного сигнала (r(t)) на основании фазы (ψ(t)), генерируемой вторым циклическим накопителем (103);
при этом система выполнена с возможностью выдавать сигнал возбуждения (E(t)) во внешнее устройство (200) и с возможностью собирать измеряемый сигнал (s(t)) в качестве ответа указанного внешнего устройства на сигнал возбуждения,
1
2
1
2
0
при этом первый (W) и второй (W) инкременты накопления являются положительными целыми числами, так что частное от деления первого инкремента (W) накопления на Q равно частному от деления второго инкремента (W) накопления на Р, а также равно положительному целому числу (W), называемому инкрементом цикла,
CLK
0
NA
при этом частота F равна первому произведению частоты (F) сигнала тактового генератора на число Q и на инкремент (W) цикла, поделенный на 2, где NA – число битов, используемых в каждом циклическом накопителе (102, 103), и
ref
CLK
0
NA
контрольная частота F равна второму произведению частоты (F) сигнала тактового генератора на число Р и на инкремент (W) цикла, поделенный на 2.
11. Способ определения значения амплитуды (А) и значения фазовой задержки (Ф), относящихся к измеряемому сигналу (s(t)), который имеет синусоидальные изменения в зависимости от времени (t) с частотой F, при этом способ содержит этапы, на которых:
ref
ref
генерируют контрольный сигнал (r(t)), который имеет синусоидальную форму временных изменений и имеет постоянную фазовую когерентность с измеряемым сигналом (s(t)), при этом указанный контрольный сигнал имеет амплитуду (A), большую, чем амплитуда (А) измеряемого сигнала, и имеет частоту, равную F = F x P/Q, где P и Q являются двумя фиксированными не равными нулю положительными целыми числами, при этом Р больше Q;
выбирают мгновенные значения, при которых измеряемый сигнал (s(t)) становится меньше, чем контрольный сигнал, или при которых измеряемый сигнал становится больше, чем контрольный сигнал; и
вычисляют значения амплитуды (А) и фазовой задержки (Ф) измеряемого сигнала (s(t)) на основании выбранных значений,
k
отличающийся тем, что выбранные мгновенные значения являются мгновенными значениями (ψ) фазы (ψ(t)) контрольного сигнала (r(t)), и
k
значения амплитуды (А) и фазовой задержки (Ф) измеряемого сигнала (s(t)) вычисляются на основании значений, выбранных (ψ) для фазы контрольного сигнала (r(t)),
ref
k
и тем, что вычислительный блок (3) вычисляет значение синфазной амплитуды (Х) измеряемого сигнала (s(t)), равное а⋅cosФ, где Ф - значение фазовой задержки измеряемого сигнала, а а - частное от деления амплитуды (А) измеряемого сигнала (s(t)) на амплитуду (A) контрольного сигнала (r(t)), и значение квадратурной амплитуды (Y) измеряемого сигнала, равное a⋅sinФ, при помощи системы аффинных уравнений, имеющей для синфазной амплитуды (Х) и для квадратурной амплитуды (Y) измеряемого сигнала (s(t)) коэффициенты, которые зависят от выбранных значений (ψ) фазы контрольного сигнала (r(t)).
12. Способ по п. 11, осуществляемый с использованием системы по любому из пп. 1-10.
13. Способ по п. 11 или 12, используемый, чтобы характеризовать реакцию резонатора, вибрирующего под действием сигнала возбуждения (E(t)), имеющего синусоидальную форму временных изменений с частотой F, при этом измеряемый сигнал (s(t)) представляет собой реакцию указанного резонатора на сигнал возбуждения.
14. Способ по п. 13, в котором резонатор входит в состав виброакселерометра или виброгироскопа, и значения амплитуды (А) и фазовой задержки (Ф), относящиеся к измеряемому сигналу (s(t)), используют затем для вычисления значений ускорения или скорости вращения прибора или транспортного средства, на котором установлен акселерометр или гироскоп.