Устройство для измерения частоты первой гармоники квазипериодических сигналов

Устройство для измерения частоты первой гармоники квазипериодических сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРВОЙ ГАРМОНИКИ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее N+1 детекторов , логический блок и блок управления, первый вход которого соединен с входом (N+1)-ro детектора, второй - с входом устройства,, третий с выходом логического блока, первый выход является выходом устройства, а выходы детекторов соединены с соответствующими входами логического блока , отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены интерполирующий фильтр и N последовательно соединенных фильтров, синхронизирующие входы которых соединены с вторым выходом блока управления, а сигнальные входы соединены с входами соответствующих детекторов, сигнальный вход первого фильтра соединен с выходом интерполирующего фильтра а выход N-го фильтра - с первым входом блока управления, сигнальный вход интерполирующего фильтра соединен с входом устройства, а его синхронизирукиций вход соединен с первым входом (Л блока управления.

о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Л КЛИЧ

РЕСПУБЛИК

09) (11) at5g G 01 1 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Й. МК,, Д (21) 3411158/18-21 (22) 24.03 ° 82 (46) 30.06.84; Бюл. У 24 (72) С.В.Архангельский, Н.А.Локтев, В.И.Мильченко и Ю.ИКШафоростов (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53),621.3 17(088.8) (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЧАСТОТЫ ПЕРВОЙ ГАРМОНИКИ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее И+1 де,текторов, логический блок и блок уп-равления, первый вход которого соедикнен с входом (8+1)-ro детектора, второй — с входом устройства, третий— с выходом логического блока, первый выход является выходом устройства, а выходы детекторов соединены с соответствующими входами логического блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены интерполирующий фильтр и Й последовательно соединенных фильтров, синхронизирующие входы которых соединены с вторым выходом блока управления, -а сигнальные входы соединены с входами соответствующих детекторов, сигнальный вход первого фильтра соединен с выходом интерполирующего фильтра, а выход N --го фильтра — с первым входом блока управления, сигнальный вход ин терполирующего фильтра соединен с входом устройства, а его синхронизирующий вход соединен с первым входом блока управления.

1100504

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике.

Известны устройства выделения основного тона (первой гармоники кваэипериодических, в частности речевых сигналов), содержащие коммутируемые следящие фильтры.

Недостатком известного устройства является большая сложность из-за значительного количества перестраиваемых10 (адаптивных) фильтров.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является устройство для выделения первой гармоники квазипериодических, в частности рече- 15 вых, сигналов, содержащее последовательно соединенные hl адаптивных фильтров и блок управления, содержащий умножитель, усилитель, фильтр низкой частоты,а также N+1 детектор и логи- 2п ческий блок, причем входы детекторов соединены с входами соответствующих адаптивных фильтров, выходы их через логический блок подключены ко второму входу блока управления,а выход блока 2S управления соединен с дополнительными входами адаптивных фильтров, причем соответствующий выход последнего адаптивного фильтра соединен с третьим входом блока управления, четвертый вход которого соединен со входом (hi+1) -го детектора.

Однако для известного устройства характерны низкая точность и малое быстродействие, обусловленные ограниченными воэможностями аппаратной реализации адаптивных фильтров н а цифровых линиях задержки, выполняемых в виде сдвиговых регистров, когда для повышения точности необходимо увеличивать разрядность сдвиговых регистров до величин, резко снижающих быстродействие.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия»

Цель достигается за счет того, чтс в устройство для измерения частоты первой гармоники квазипериодических сигналов, содержащее М +1 детекторов, логический блок и блок управления, первый вход которого соединен с входом (М+1)-го детектора, второй— с входом устройства, третий — с выходом логического блока, первый выход является выходом устройства, а выходы детекторов соединены с соответст- вующими входами логического блока, введены интерполирующий фильтр и

N последовательно соединенных фильтров, синхронизирующие входы которых соединены с вторым выходом блока управления, а сигнальные входы соединены с входами соответствующих детекторов, сигнальный вход первого фильтра соединен с выходом интерполирующего фильтра,* а выход 5 -го фильтра — с первым входом блока управления, сигнальный вход интерполирующего фильтра соединен с входом устройства, а его синхронизирующий вход соединен с первым входом блока управления.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, фиг.2 — поясняется работа интерполирующего фильтра; фиг.3 — поясняется работа устройства в целом.

Устройство (фиг.1) содержит входную шину 1, N+1 детекторов 2.1-2.И+1, каждый из которых имеет вход и выход, логический. блок 3, имеющий N +1 входов и выход, блок управления 4, имеющий три входа и два выхода, блок синхронизации 5, имеющий вход и выход, интерполирующий фильтр 6, имеющий сигнальный вход, синхронизирующий вход и выход, М фильтров 7.1-7.й, имеющих сигнальный вход, синхронизирующий вход и выход

Сигнальный вход интерполирующего фильтра 6 подсоединен ко входу устройства, синхронизирующии вход интерполирующего фильтра — к выходу блока синхронизации 5. Фильтры 1.1-7.N соединены последовательно, сигнальный вход фильтра 7.1 соединен с выходом интерполирующего фильтра 6, выход фильтра 7.Н вЂ” с первым входом блока управления 4. Синхронизирующие входы всех фильтров 7. 1-7.N соединены с выходом блока синхронизации 5. Входы детекторов 2.1-2N соединены со входами соответствующих фильтров 7. 1-7.N, вход детектора .2.N+1 — с выходом фильтра 7.N. Выходы всех N +1 детекторов соединены с соответствующими входами логического блока 3. Выход логического блока 3 соединен с третьим входом блока управления 4. Второй вход блока управления 4 соединен со входом устройства, первый выход блока управления 4 соединен с входом блока синхронизации, второй выход блока управления 4 — с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Фильтры 7. 1-7.М выполняют операцию цифровой свертки входного сигна3 11005 ла с импульсными реакциями фильтров.

Фильтры 7.1-7. являются неадаптивны" ми, подавляющими частоты в некоторой области около частоты настройки, соответствующей минимуму модуля коэффици5 ента передачи. Фильтры можно реализовать,.например, на базе цифровой линии задержки, представляющей собой сдвиговый регистр, и блока взвешенного суммирования, представляющего со- 10 бой регистр и умножитель.

Интерполирующий фильтр изменяет частоту дискретизации исследуемого сигнала x(43 . Изменение частоты дискретизации осуществляется путем интерполяции (восстановления) отсчетов исследуемого сигнала. Рассмотрим подробнее работу интерполирующего фильтра.

На вход интерполирующего фильтра поступает исследуемый дискретизированный сигнал x(k) получаемый из аналогового сигнала х (Ф3, имеющего а частотный диапазон н — 18, путем предварительной дискретизации с час- 25 тотой Х>(Х ) 2Ю }. Из теории цифровой обработки сигналов известно, что спектр F дискретизированного сигнах ла х(43 периодичен с частотой дискретизации 5> . Спектр Fõà сигна30 ла ха() показан на фиг.2а, спектр сигнала х() — на фиг.2б.

Интерполирующий фильтр представляет собой фильтр нижних частот и имеет импульсную реакцию h (4) дискретизированную с частотой „(, кратной частоте f (должно выполняться соотношение f„= mj, где m — целое число, выбираемое в зависимости от диапазона возможных значений частоты первой гармоники сигнала х(Ц, за- 40 данной погрешности работы устройства, и ширины области частоты настройки фильтра 7). Импульсная реакция h„(t) имеет ас), отсчетов. Амплитудно-частотная характеристика F д.(, интерполи-45 рующего фильтра (фиг.2в) имеет плоскую вершину в полосе частот, занимаемой сигналом х(Ф), благодаря чему сигнал x(t) проходит через интерполирующий фильтр без искажения спек- 0 тра. Интерполяция сигнала х(Ц сводится к выполнению операции свертки сигнала x(t) и импульсной реакции

h (<) интерполирующего фильтра.

Свертка выполняется для отсчетов сиг- 55 нала х() и Ь„() в моменты времени, соответстствующие nT(, где и =0,1, !

2,...; Т вЂ” период дискретизации вы04 4

- ходного сигнала х (6), являющегося результатом интерполяции сигнала х(6). Частота дискретизации { f = ( ((A ((((=1/Т ) сигнала х (4) должна быть кратной частоте Е, т.е. должно выи полняться соотношение Ю„= 0 f< где 1 — целое число (1 с f 5 р ).Спектр сигнала х (4) периодичен с частотой Е и в диапазоне частот и В совпадает со спектром F„а аналогового сигнала х (<) (фиг.2г), т.е. сигнал х((т,) фактически является дискретизацией с частотой сигнаД ла х (С) . Следовательно, интерполирующий фильтр способен восстановить ° отсчеты исследуемого сигнала с частотой дискретизации, отличной от исходной частоты дискретизации f

А

Задание и изменение частоты Е(А для работы интерполирующего фильтра осуществляется подачей соответствующих сигналов на его синхронизирующий вход. Интерполирующий фильтр можно построить на базе цифровой линии задержки и м блоков взвешенного сум-. мирования, реализуемых с помощью регистра и умножителя.

-Аналоговый квазипериодический сигнал х () (фиг.З-а) имеющий часа тотный диапазон „- Е, предварительно дискретизированный аналогоцифровым преобразователем с частотой дискретизации (1 ),2 К } поступает на вход устройства (фиг.Зб), т.е. на вход интерполирующего фильтра 6.

Интерполирующий фильтр 6 по сигналам синхронизации, поступающим на его синхронизирующий вход от блока синхронизации 5, интерполирует (восстанавливает) отсчеты сигнала х (4) с частотой д (фиг.Зв) . Спектры F„ сигнала х () и F x сигнала х (4 ) совпадают в полосе частот — исслен В дуемого сигнала (фиг.Зг).

Сигнал х (4) фильтруется последовательно соединенными заграждающими фильтрами 7.1-7Н импульсные реакции которых рассчитываются для частоты дискретизации f, а частоты над стройки выбраны таким образом, что выполняется соотношение f =.kf где 1(. =1,2,..., М гк

Суммарная амплитудно-частотная характеристика Г цепочки последовательно соединенных фильтров 7.1-7.(1 для частоты дискретизации f лока4 заиа на фиг.Зд.

Требуемая частота дискретизации ( импульсных реакций фильтров задает1100э04 Ь о гармоники сигнала х (4) в область частоты настройки i-го фильтра,определят- ется логическим блоком 3, исходя из уровней продетектированных сигналов

ы 5 х (с) и сигналов с выходов фильтров

7.1-7М, которые в данном случае должны иметь минимум, так как гармо) ники сигнала, несущие основную его т- энергию, подавляются соответствующими фильтрами, (фиг.Зг и Зе). Найденное значение частоты первой гармони ки Е„ сигнала х(ф) в виде цифрового кода выцается на второй выход блока ь- управления 4.. ся блоком синхронизации 5, управляе мым блоком управления 4. Фильтрация сводится к выполнению операции свер ки входного сигнала х (4) и импульс ных характеристик фильтров в момент времени, соответствующие пТ, где и

=0,1,2,..., а Т =1/f

Блок управления 4 по сигналу х(1 сигналу, получаемому на выходе филь ра 7.Й, и по выходному сигналу логи ческого блока 3, поступающим íà его входы, с помощью блока синхронизации

5 управляет изменением частоты дискретизации j интерполирующего фил тра и фильтров 7. 1-7.N, т.е. измене- нием масштаба частот АЧХ фильтров.

При некотором значении К 1-ая (1=

-1 2,...,й) гармоника сигнала х (4) попадает в область частоты настройки

i --ro фильтра 7. 1М. В этом случае час- 20 тота первой гармоники Х сигнала

i э х (t) (и, следовательно, частота первой гармоники Е сигнала х()) равна частоте настройки первого фильтра.

Факт попадания 1-ой („. =1,2,...,М) Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет большее быстродействие за счет исключения адаптивных фильтров и более высокую точность работы за счет использования неадаптивных фильтров с переменной частотой дискретизации, ширина полосы заграждения которых изменяется пропорционально изменению частоты настройки фильтров.

1100504

1100504

4 ° ° (Составитель В.Латышев

Редактор Т. Парфенова Техред Л. Коцюбняк Корректор А.,Ильин

Заказ 4572/33 Тираж 823 Подписное

ВНЙИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4