Цифровой панорамный измеритель частоты

Цифровой панорамный измеритель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЦИФРОВОЙ ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ по авт. св. № 569961, .JiOryfcA Отличающкйся тем, что, с Целью повьшения точности измерения центральной частоты сигналов с протяженным энергетическим спектром, в Него введены последовательно соединенные блок скользящего усреднения по частоте и указатель экстремума, причем первый вход блока скользящего усреднения по частоте подключен к выходу интерполятора, вторые входы указателя экстремума и блока скользящего усреднения по частоте соединены с выходом блока грубой оценки частоты.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) SU (и>

За11 G 01 К 23700

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 569961 (21) 3281319/18-21 (22) 24.04.81 (46) 30.09.83,Бюл. У 36 (72) А.П.Трифонов и A.Ê.Ñåíàòîðoâ (71) Воронежский политехнический институт и Воронежский ордена Ленина государственный университет им. Ленинского комсомола (53) 621.317 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 569961, кл. 6010 23/00, 21.04.76 (54) (57) ЦИФРОВОЙ ПАНОРАМНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ по авт. cs. 9 569961, отличающийся тем, что, с целью повьпаения точности измерения центральной частоты сигналов с протяженным энергетическим спектром, в него введены последовательно соединенные блок скользящего усреднения по частоте и указатель экстремума, причем первый вход блока скользящего усреднения по частоте подключен к выходу интерполятора, вторые входы указателя экстремума и блока скользящего усреднения по частоте соединены с выходом блока грубой оценки частоты.

1045) 48

Изобретение относится к радиоизмерктельной технике.

По основному авт. св. Р 569961 известен цифровой панорамный измеритель частоты, который содержит два .5 смесителя, первые входы которых соединены с источником измеряемой частоты, их вторые входы подключены к выходам квадратурного генератора, а выход каждого смесителя через О последовательно соединенные фильтр нижних частот, дискретизатор и аналого-цифровой преобразователь соединен с соответствующим входом блока вычислений дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор соединен с входом блока грубой оценки частоты и интерполятором причем вторые входы дкскретизаторов соединены с выходами задающего генератора сигналов дискретизации, а вто-20 рой вход интерполятора соединен с выходом блока грубой оценки частоты (1).

Недостатком данного устройства является значительное снижение точ- ности измерения частоты при расшире- 5 нии энергетического спектра сигнала, Известное устройство реализует оценку максимального правдоподобия (оптимальную оценку), если ширина энергетического спектра сигнала весь" 30 ма мала, т,е ° сигнал практически является гармоническим„ Однако при увеличении ширины энергетического спектра сигнала точность измерения центральной частоты резко падает.

Особенно велика будет ошибка измере-. ния частоты, когда форма энергетичес" кого спектра близка к прямоугольной (т,е ° имеет достаточную протяженную плоскую вершину)

Цель изобретения — повышение точ-, ности измерения центральной частоты сигналов с протяженным энергетичеС- ким спектром.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий два смесителя, первые входы которых соединены с источником измеряемой частоты, их вторые входы подключены к выходам квадратурного генератора, а выход каждого смесителя через последовательно соедидикенные фильтр нижних частот, дискретизатор и аналогоцифровой преобразователь соединен с соответствующим входом блока вычислений дискретного преобразования

Фурье, выход которого через квадратор соединен с входом блока грубой оценки частоты, причем вторые входы дискретиэаторов соединены с выходами задающего генератора сигналов дискретизации, а также интерполятор, один вход которого соединен с соот=

1 ветствующим выходом квадратов,, à его, второй вход соединен с выходом блока 65 грубой оценки частоты, введены последовательно соединенные блок скользящего усреднения по частоте и указатель экстремума, причем первый вход блока скользящего усреднения по частоте подключен к выходу интерпблятора, вторые входы указателя экстремума и блока скользящего усреднения по частоте соединены с выходом блока грубой оценки частоты, На фиг. 1 приведена блок-схема цифрового панорамного смесителя частоты; на фиг, 2 — вид сигнала на выходе блока скользящего усреднения °

Измеритель содержит смесктели 1 и 2, квадратурный генератор 3, фильтры 4 и 5 нижних частот, дискретиза- торы 6 и 7, задающий генератор 8 сигналов дискретизации, аналого-цифровые преобразователи 9 и 10, блок 11 вычисления дискретного преобразавания Фурье, квадратор 12, блок 13 грубой оценки частоты, интерполятор 14„ блок 15,скользящего усреднения по частоте и указатель 16 экстремума. устройство работает следующим образом, На вход измерителя частоты (смеситсли 1 и 2 ) поступает аддктивная смесь х(у) =5 () +»(() полосового стационарного случайно о сигнала S(4) со спектральной плотностью Ns /2 в полосе I ы + Val L/2 и широкополосной помехи » (4 ) с полосой частот, существенно превышающей полосу частот сигнала, где центральная частота спектра; полоса частот исследуемого сигнала °

На вторые. входы смесителей 1 и 2 подаются сдвинутые одно относительно другого на угол 7/2 гармонические колебания квадратурного генератора 3„

Частота этих колебаний ñ .; выбрана равной накменьш и 1с F I 1 (4 = 1< p сиг.--ЙЖ) из диапазона возможных F6-Г /2Г +F/2) значений измеряемой частоты сигнала где L Jc — круговая частота сигнала квадратурного генератора, максимальная частота спектра колебаний на выходах фкльтров 4 и 5. Фильтры 4 и 5 обеспечивают выделение низкочастотных составляющих (Π— F спектра колебания на выходах смесителей. Совместно смесители 1 и 2, генератор 3 и фильтры 4 к 5 обеспечивают формированке на основе измеряеМого сигнала 5(ф) аналитического сигнала, спектр которого сосредоточен в области (О,F) . Дискретизаторы б и 7 дкскретизируют по времени компоненты низкочастотного аналитического сигнала с шагом hi= 1/2F, задаваемым генератором 8. Аналого-цифровые преобразователи 9 к 10 преобразуют дискретные значения компонента сигнала в цифровую Форму. Блок 11 вы1045148

5 чиаления дискретного преобразования

Фурье по Й(Г Т) отсчетам аналитического сигнала формирует 2М отсче.тов его Фурье-спектра хо, .{Р), Х4К (1) в диапазоне (Оу ) с шагом

ЬЙ = 1/2Т (Т- интервал наблюдения реализацйи Х(т) . Квадратор 12 путем нахождения квадратов модулей отсчетов Фурье-спектра1 Х, (1 М ) ) =

= Х с„(1)) + Х „(<) формирует отсчеты энергетического спектра, где Хс (4) 10 и (4,х(4) — отсчеты квадратур Фурьеспектра. Далее блок 13 путем перебора отсчетов энергетического спектра находит максимальный из них.воХ(Хк"

«(jV)) < . Таким образом,.формируется (5 грубая оценка частоты ) . Интерполятор 14, используя информацию, заложенную в амплитудах отсчетов энергетического спектра, непрерывно воспроизводит форму спектра мощности (энергетического спектра) входной смеси сигнала 5(k) и широкополосной помехи И() . Действительно, при дискретизации энергетического спектра с шагом И=1/2Т возможно точное вос; становление спектра в интервале меж" ду вычисленными спектральными отсче" тами с помощью ряда Котельникова.

Интерполятор 14 восстанавливает форму энергетического спектраj X (11)) в полосе частот «4-11 1) Ь.) . Восстановленный энергетический спектр пос,тупает на вход блока 15, который формирует сигнал вида ЯъЦ (О) = (,1 Х ()! А1) для значений 4 35

7-L) 1 л . * в поЛосе частот 9-1,(1; 3+Ь Qj;

Сигнал М (1) поступает на вход указателя 16 экстремума, который определяет положение фщ абсолютного ,максимума м (), являющееся оценкой- 4О неизвестной центральной частоты энергетического спектра сигнала .

При этом информация о значении Ъ подается на вторые входы блока 15 скользящего усреднения и указате- 45 ля 1б экстремума с соответствующего выхода блока 13.

Информация о значении грубой оценл ки частоты g подается с соответствующего выхода блока 13 на вторые вхо- 5О ды блока 15 и указателя 16 для того, чтобы ограничить интервал усредне- . ния и поиска экстремума и тем самым существенно сократить время, необходимое для получения оценки

М неизвестной центральной частоты эйергетиЧеского спектра 4 . Согласно теории потен 1иальной помехоустойчивости положение абсолютного максимума М (V) на оси частот Г, где — оценка максимального правдоподобия, соответствует оценке максимального правдоподобия, центральной частоты энергетического спектра сигнала.

Действительно, в отсутствии широкопо, лосной помехи и при достаточно большом времени наблюдения выходной сигнал блока 15 скользящего усреднения имеет вид, показанный на фиг, 2, т.е. всегда достигает максимума при = >, .

При сужении полосы частот исследуемого сигнала (1. - О ), М Я) - )X(; л1 )1 тем самым предлагаемое устройство . обеспечивает точность оценки не ниже, чем в известном устройстве. Однако, когда измеряется центральная частота спектра сигнала, имеющего достаточно протяженный плоский участок вершины, точность оценки частоты известным устройством значительно падает. Предлагаемое устройство в этих условиях обеспечивает предельно достижимую точность оценки (оценку максимального правдоподобия) центральной частоты спектра сигнала и, следовательно, существенный выигрыш в точности оценки по сравнению с прототипом. Так в отсутствие широкополос" ной помехи, по мере расширения спект ра сигнала и увеличения протяженности его плоской вершины выигрыш в точности измерения в предлагаемом устройстве растет пропорционально квадрату базы сигнала,(=Оцуп,О

/л =LT1Ю)., где 1.1 база сигнала . например; при весьма умеренной базе 4 20 выигрыш равен 13 дб. Это нижняя граница выигрыша. При наличии широкопо лосной помехи выигрыш может быть несколько выше, Предлагаемое устройство может быть использовано в системах точного измерения частоты, системах широкополосной связи, активной и пассивной радиолокации и др. Устройство может бйть реализовано с помощью стандартных блоков частотно-измерительной аппаратуры и цифровой вь1числительной техники.

1045148

Составитель B.Канута

Редактор Б.Ковач Техред И.Гайду Корректор В,Бутяга

Заказ 7546/47 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãopoä, ул.Проектная, 4