Панорамный измеритель частоты

Панорамный измеритель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к устройствам для совместного измерения частот нескольких одновременно наблюдаемых монохроматических колебаний. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены два аналого-цифровых преобразователя , (АЦП) и буферное запоминающее устройство (БЗУ). На чертеже показаны квадратурный преобразователь 1 частоты , квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации , АЦП 4, БЗУ 5, решаю1ций блок 6 и блок 7 управления. Этот блок содержит источник 8 постоянного напряжения , ключ 9, дифференцирующий усилитель формирователь 10, одновибратор 11, ключ 12, блок 13 вьиеления заднего фронта импульса. Введение двух АЦП и БЗУ (функциональная схема ко (Л торого приводится в описании изобретения ) существенно расширяет число определяемых частот. 3 з,п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„26727 (51)4 6 01 R 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3819214/24-21 (22) 03.12.84 (46) 30. 10.86. Бюл. Р 40 (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е. Жуковского (72) Л.H. Коновалов, А.Д. Абрамов

В.Л. Колядин и И.Д. Меркуленко (53) 621,317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 737857, кл. C, 01 К 23/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 93014i, кл. Г 01 К 23/00, 1982. (54) ПАНОРАМНЬЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к устройствам для совместного измерения частот нескольких одновременно наблюдаемых монохроматических колебаний.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей.

Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) и буферное запоминающее устройство (БЗУ). На чертеже показаны квадратурный преобразователь t частоты, квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации, АЦП 4, БЗУ 5, решающий блок

6 и блок 7 управления. Этот блок со- держит источник 8 постоянного напряжения, ключ 9, дифференцирующий усилитель формирователь 10, одновибратор

11, ключ 12, блок 13 выделения заднего фронта импульса. Введение двух Я

АЦП и БЗУ (функциональная схема которого приводится в описании изобретения) существенно расширяет число определяемых частот. 3 з,ц. ф-лы, .3 ил.

1267273

35

55

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для совместного измерения частот нескольких одновременно наблюдаемых монохроматических колебаний. 5

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройст- ва.

На фиг.1-3 представлены структурные схемы панорамного измерителя час- 10 тоты, БЗУ и генератора .продвигающих импульсов, соответственно.

Панорамный измеритель частоты со держит квадратурный преобразователь

1 частоты, квадратурный генератор 2, задающий генератор 3 сигналов дискретизации, два АЦП 4, БЗУ 5, решающий блок 6 и блок 7 управления °

Сигнальный вход квадратурного преобразователя i соединен через ключ 20 блока управления с входом устройства, управляющие входы преобразователя 1 — с выходами генераторов 2 и 3.

Сигнальные входы АЦП 4 подключены соответственно к синфазному и квадратурному выходам преобразователя

1, а выходы — к информационным выходам БЗУ 5, управляющий вход которого подсоединен к выходу генератора 3. Информационные выходы БЗУ 5 соединены с соответствующими входами решающего блока 6, первый и второй управляющие входы которого подключены к соответствующим выходам блока

7 управления, а третий — к выходу генератора 3.

Блок 7 управления содержит последовательно соединенные источник 8 постоянного напряжения (ИП@, ключ 9, дифференцирующий усилитель-формиро- 40 ватель (ДУФ) 10, одновибратор 11, и ключ 12, а также блок 13 выделения заднего фронта импульса, вход которого соединен с выходом одновибратора

11. Сигнальный вход и выход ключа

12,выход блока 13 и выход ДУФ 10 служат соответствующими входами и выходами блока управления.

БЗУ 5 содержит генератор 14 продвигающих импульсов и две идентичные цепочки 15 и 16, состоящие из последовательно соединенных сдвигающих регистров 17,. Каядая цепочка состоит иэ (1+1) последовательно соединенных сдвигающих регистров, при этом выход перейоса единицы из старшего разряда каждого из сдвигающих регистров, за исключением (1+1)-го регистра каждой из упомянутых цепочек, подключены к входу переноса в младший разряд следующего (в цепочке) сдвигающего регистра, управляющий вход БЗУ 5 подключен к одноименному входу генератора 14 продвигающих импульсов и входам управления записью первых сдвигающих регистров каждой из цепочек, выход генератора 14 соединен с входами управления сдвигом каждого из регистров, информационные выходы которых соединены с одноименными выходами БЗУ, информационные входы первых сдвигающих регистров каждой из цепочек подключены к информационным входам БЗУ 5.

Генератор продвигающих импульсов содержит генератор 18 тактовых импульсов, ключ 19, счетчик 20, дешифратор 21 и инвертор 22, а также элемент 23 задержки, причем генератор

18, ключ 19, счетчик 20, дешифратор

21 и инвертор 22 соединены последовательно ° Вход элемента 23 задержки является входом генератора 14, выход инвертора 22 подключен к управляющему входу ключа 19, сигнальный выход ключа 19 явпяется выходом генератора продвигающих импульсов °

Измеритель работает следующим об разом.

Допустим, что сигналы представляют собой гармонические колебания с частотами f.; =f +F;, i=i,N, из диапазона

Fm Fm4 возможных f. E I f,, f + где о 2 > -2) -средняя частота занимаемого сигналами частотного диапазона N — неизвестное число подлежащих разрешению сигналов, удовлетворяющих условию

И%И макс (N макс — максимально возможное число гармонических сигналов) °

Предположим, что на вход измерителя подают колебание (на сигнальный вход ключа 12 блока 7 управления).

М

U(t)=Re Ее exp (j 2у (f +F,)t)I

I где Е; = /Е;/erp (jq;)=a;+jb; — постоянная (в пределах интервала наблюдения Т) комплексная амплитуда гармонического сигнала i-го источника неизвестной частоты.

При замыкании на время f(, ключа 9 положительный перепад напряжения с выхода источника 8 постоянного напряжения поступает через ДУФ 10 (на выходе которого выделяется прямоуголь1267 ный импульс, соответствующий переднему фронту перепада напряжения) на вход одновибратора 11. 1!а выходе одновибратора 11 формируется прямоугольный импульс длительности Т, который по управляющему входу открывает ключ 12, а также поступает на вход блока 13 выделения заднего фронта импульса. В результате суперпозиция сигналов U(t) в течение ин- 0 тервала времени Т поступает на вход квадратурного преобразователя 1 частоты, на первый и второй опорные входы которого подают гармонические сигналы с выходов генератора 2 квадра- 5 турных сигналов частоты f сдвинутые по фазе на )1/2, а на третий сигналы дискретизации с выхода задающего генератора сигналов дискретизации, В результате под воздейст- 20 вием опорных гармонических сигналов преобразователь осуществляет перенос спектра разрешаемых сигналов в область низких частот и формирование видеосигнала — синфазную и квадратур-25 ную составляющие низкочастотного колебания (аналитического сигнала), а под воздействием сигналов дискретизации и их дискретизацию с интер1 30 валом и = 2, . Таким образом, на выходах преобразователя 1 формируется набор из я=2> Т отсчетов амплитуд синфазной и квадратурной U(tn), 1!(n) составляющих комплексной огибающей принимаемой суперпозиции сигналов для всех моментов времени

t =nit, и = 1, m. Огсчеты U(tn) и U(tn) подают на входы соответствующих АЦП 4. В результате с выхода 40 преобразователя снимается в цифровой форме код амплитуды соответствующего (синфазного или квадратурного) отсчета, который поступает на информационные входы БЗУ 5, Одновременно на его управляющий вход в моменты времени г. =пд подаются им)) пульсы с выхода генератора 3. При

)поступлении на управляющий вход БЗУ 5 импульса управления происходит запись информации, поступившей на

его информационные входы. БЗУ 5 обеспечивает запоминание текущего отсчета (амплитуды текущего отсчета преобразованной в цифровой код) комп- лексной огибающей принимаемой суперпозиции сигналов и (! предшествующих ему отсчетов, т.е. в течение интер273 4 вала времени (;+Е,, j в ячейках БЗУ хранятся в цифровой форме коды амплитуд отсчетов:

U(t ), U(t„, ),...,U(t ), U(t;), u(t;, ),...,U(t; ), где Е «д t — время, необходимое для записи в БЗУ кода амплитуды очередA ных отсчетов U(ti) и U(ti), 1 — равно максимально возможному числу сигналов Х „

Коды амплитуды отсчетов синфазной л

U(t„) и квадратурной U(t „) (K=i-1, 1-1+1,..., 1) составляющих комплексной огибающей принимаемой суперпозиции сигналов, хранящихся в БЗУ 5, поступают с информационных выходов

БЗУ 5 на соответствующие входы решающего блока 6, на третий управляющий вход которого в моменты времени

ll

=nht, n=1,m поступают импульсы с выхода задающего генератора 3 сигналов дискретизации. На первый и второй управляющие входы решающего блока поступают соответственно импульсы с выхода ЛУФ 10 и с выхода блока 13 выделения заднего фронта, входящих в состав блока 7 управления. Эти импульсы соответствуют началу и концу интервала наблюдения.

Пусть на интервале времени (О,Т3 наблюдается колебание вида: г p)

U(t) = По!2 А;езр(-j 222; t)), (1) где A; — постоянная в.пределах интервала наблюдения комплексная амплитуда i-го источника монохроматического колебания с частотой f т 4

Квадратурная составляющая U(t) колебания U(t) определяется выражением:

Л

u(t)=I.!KA; exp -j2i "с21)). ()

1=1

Аналитический сигнал определяется выражением:

Л

v(t) = U(t) +jU(t). (3) С учетом (1) и (2) выражение (3) может. быть представлено в виде: н

Ч(й) се 2. Aiex!) (-j27(f; t) (4)

Последоеетельлость(В»., К =1,22Т! отсчетов аналитического сигнала

V(t) определяется выражением

BL= V (Kht) (5)

И

В„ Е A;eiP 1-2222, Ket1, 11-1,2Fl (6) 12672 (7) в виде: (8)

8к2 Вi,и 81(и91 g2 и 82,(и«) о (9) det

?.,л;

are tg (- - — )

К11; i=1,N, 2ид1 с.

3.

25 (16) Если A; = ехр (-j29 f; д(.) выражение (5) записывается и

В =.Z.А;%; K.

Решение системы (8) относительно

E д,,i=1,N 1 методом наименьших квадратов сведено к решению уравнения

N-й степени относительно h

10 и, 8и,2 ви.и Ои,(и+ ) 9 где элементы „g,p9q = 1, 1+1I свяР 1 9 9 эаны с величинами В; «=1,2>Т) (обобщенными параметрами) выражением: к (10) и являются элементами матрицы Грама для системы векторов

73 6 порожденного векторами (Z i=1 N3, следовательно, максимально возможное число линейных независимых векторов в совокупности (3„ равно числу сигналов N и ранг матрицы С(1+1, 1+1) согласно (12) равен М.

Процедура определения N выглядит следующим образом.

Полагая и последовательно равным

1,2,...,1+1 вычисляются главные миноры М„ порядка п матрицы G(1+1,1+1).

Как только на некотором шаге, скажем, на (N+1) ì выполняется условие М„=О, укаэанная процедура обрывается и принимается решение о наличии N сигналов °

После определения неизвестного числа сигналов N значения частот измеряемых сигналов вычисляются путем решения уравнения (9)относительно

Неизвестные значение частот («,i=

=1,N ) определяются из выражения:

Вк

Вх«

K-=J,1,2,...1. (11) ЗО

В д-Екк и

Согласно основному свойству матрицы Грама

rank G (1+1, 1+1) = И (12) где N — - максимальное число линейно независимых векторов из совокупности (1к 9 К09 1 9 ° ° Ф 9 )

G(1+191+1) — матрица Грама для системы векторов (Зк, K=0,1), 40

С учетом (8) и (11) вектор 3 может быть представлен в ниде линейной комбинации векторов:

J„= ",2, +a й,+., ° +S"„Z„, (14) где

z =

Таким образом, векторы JÄ являются элементами N-мерного пространства, 8!д 1.2

G(1+1 1+1)- 82,«32.2 °

g(, g(,+к2

А;

A;S;

A ., q.d- е-<

gi,еч

g2,49 Е9ЬЕ« полученного из выражения (7).

fa;, i=1N) -корни уравнения (9), где порядок минора, Решающий блок 6 запускается при поступлении на его первый управляющий вход импульса с выхода ДУФ 10, входящего в состав блока 7 управления.

Этот импульс соответствует началу интервала наблюдения. При этом решающий блок 6 реализует процедуру присваивания нулевого значения комплексным переменным

=О, p,g=-1, 1+1. (17)

После поступления 1+1-r o импульса на,третий управляющий вход решающего блока 6 с выхода генератора 3 (отсчет импульсов начинается с момента начала интервала наблюдения) решающий блок 6 начинает выполнять следующую процедуру в моменты времени

+Е(Е «bt) (18)

1Р 1-8р +В,, В,; Р, el=1,1+1

m=2FT (19) л где В„=U(t„) +jU(t„) — отсчет комплексной огибающей принимаемой суперпоэиции сигналов.

Таким образом, к моменту окончания интервала наблюдения (О,Т) решающий блок 6 в результате выполнения процедуры (19) формирует сово7 1267 купность (р ., р,q=1,1+1) величин, равных элементам матрицы Грама

G(1+1,1+1), определенных выражением (10).

После поступления на второй управляющий вход решающего блока 6 импульса с выхода блока 13 выделения заднего фронта (соответствующего окончанию интервала наблюдения), входящего в состав блока 7 управления, 10 решающим блоком 6 прекращается выполнение процедуры (19) и начинается вычисление главныж миноров й11, i=1.7, .). матрйцы С(1+1,1+1), элементами которой являются величины (В,р,q=

=1, i+lj согласно выражейрю (17), причем i=1 2,, На каждом шаге решающим блоком 6 производится проверка условия N,. п (Я- величина, принимаемая эа машинный ноль). Как только укаэанное условие выполняется, допустим на S-м шаге, указанная процедура прерывается и принимается решение о наличии на сигнальном входе панорамного измерителя частоты И=S — 1 сигналов. После этого решается уравнение N-й степени (9) относительно переменнои Я . Найденные в результате решения уравнения (9) корни jg;., i=1,N jj используются 30 для определения частот jf;,i=1,М ) сигналов согласно выражению (16).

Значения N и (f;, i=1, N ) снимаются с выходов решающего блока 6 в цифровой форме. 35

При замыкании ключа 9 блока уп равления процесс определения оценок

Nn(f;, i=1,N) повторяется.

ЬЗУ 5 служит для хранения кодов амплитуды текущих и предшествующих 40 им 1 отсчетов синфазной N(t) и квадратурной V(t) составляющих принимаемой суперпоэиции сигналов (1), а также для параллельного ввода указанных кодов в решающий блок 6. 45

БЗУ 5 работает следующим образом, Импульсы с выхода запоминающего генератора 3 сигналов дискретизации поступают на управляющий вход БЗУ 5 в моменты времени t;=14t и подают- 50 ся на входы управления записью информации первых сдвигающих регистров 17 каждой из цепочек 15 и 16, а также на управляющий вход генератора продвигающих импульсов 14. При у5 этом происходит запись информации, поступающей в момент времени на информационные входы БЗУ 5, в

273 первые сдвигающие регистры 17, входящие в состав цепочек 15 и 16, в моменты времени t; на информационные входы БЗУ 5 поступают коды амплитуд отсчетов синфазной 11(С, ) и квадратурной U(t; ) составляющих принимаемого колебания (1), которые соответственно записываются в первые сдвигающие регистры 17 цепочек 15 и 16. Спустя время hi «g t после поступления очередного импульса на управляющий вход генератора 14 пос-i ледний генерирует последовательно из

P(p- разрядность регистров) импульсов, причем длительность Т этой последовательности удовлетворяет соотношению Т - |it — Ьь (промежуток вреP мени Ьс выбирается равным времени, необходимому для записи информации и считывания ее в решающий блок 6) °

Последовательность иэ р импульсов с выхода генератора 14 поступает на входы управления сдвигом всех регистров 17, 11ри поступлении каждого из импульсов указанной последовательности на входы управления сдвигом регистров 17 происходит сдвиг информации на один разряд в сторону старших разрядов (вправо). При этом содержимое старших разрядов сдвигающих регистров 17 переписывается в младшие разряды следующих регистров.

Таким образом, после окончания последнего импульса укаэанной последовательности информация, записанная в сдвигающих регистрах 17 каждой из цепочек 15 и 16, оказывается сдвинутой на один регистр вправо (при этом содержание последних сдвигающих регистров 17 каждой из цепочек 15, 16 теряется). При поступлении очередного импульса на управляющий вход БЗУ 5 укаэанный процесс повторяется.

В течение интервала времени (t; +

+E,t; + 67J в сдвигающих регистрах 17, входящих в состав цепочек .15 и 16, хранятся коды амплитуд отсчетов U(t, ), U(t;, ),..., U(t; g ) синфазной (цепочка 15) и отсчетов 6(t ), U(t ) .

U(t ) квадратурной составляющих . принимаемой суперпоэиции сигналов.

Так как информационные выходы сдвигающих регистров 17 подключены к.информационным выходам БЗУ 5, коды амплитуды указанных отсчетов, хранящиеся в сдвигающих регистрах 17, в течение интервала времени (t;+E, t;+ a<,j поступают на информационные

12672

20

50 выходы БЗУ и вводятся в решающий блок 6 ..

Генератор 14, входящий в состав буферного запоминающего устройства

5,предназначен для формирования последовательности иэ Р импульсов. (где — разрядность регистров БЗУ 5) спустя время с после поступления управляющего импульса на его управляющий вход, Данная последователь— ность обеспечивает сдвиг информации на один регистр вправо (т.е. íà р разрядов).

Генератор 14 работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 20 установлен в состояние p,,Hà р -м выходе дешифратора 21 существует напряжение " 1", которое поступает на вход инвертора 22, напряжение с выхода инвертора 22, соответствующее "0", поступает на управляющий вход ключа 19 и запирает его.

При этом импульсы с выхода генера- 25 тора 18. тактовых импульсов на выход генератора 14 продвигающих импульсон не проходят, Управляющий импульс, поступающий на управляющий вход генератора 14 продвигающих импульсов, поступает на элемент

23 задержки (время задержки равно

Ьс ) и с выхода последнего спустя время ь, — на вход сброса счетчика

20. При этом счетчик 20 сбрасывается в нулевое состояние, на р -м выхоII П де дешифратора 21 появляется 0 напряжение "1" с выхода инвертора

22 поступает на управляющий вход ключа 19 и отпирает его. Импульс с выхода генератора 18 тактовых импульсов через ключ 19 поступает на выход генератора 14 продвигаю. щих импульсов и на счетный вход счетчика 20. После поступления Р -г импульса счетчик 20 устанавливается в состояние р, на р -м выходе дешифратора появляется напряжение

"1", которое через инвертор 22 подается на управляющий вход ключа

19 и запиравт его. Период Т„ „ следования импульсов, генерируемых генератором 18 тактовых импульсов, выбирается из условия рТ1.т„, 6 4 - a, 55

Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей измерителей.

7З

Формула изобретения

1. 11анорамный измеритель частоты,содержащий решающий блок, квадратурный преобразователь частоты, блок управления, квадратурный генератор, задающий генератор сигналов дискретизации, причем сигнальный вход квадратурного преобразователя частоты соединен со вторым выходом блока управления, выход. которого соединен с первым управляющим входом решающего блока, вход блока управления является входом устройства, управляющие входы квадратурного преобразователя частоты соединены соответственно с выходами квадратурного генератора и задающего генератора сигналов дискретизации, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены два аналого-цифровых преобразователя и буферное запоминающее устройство, при этом сигнальные входы каждого аналого-цифрввога преобразователя подключены соответственно к синфазному и квадратурному выходам квадратурного преобразователя частоты, выходы аналого-цифровых преобразователей подключены к информационным входам буферного запоминающего устройства, управляющий вход которого соединен с выходом задающего генератора сигналов дискретизации, информационные выходы буферного запоминающего устройства подключены к информационным входам решающего блока, второй управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления, третий управляющий вход решающего блока соединен с выходом задающего генератора сигналов дискретизации, выход решающего блока является выходом устройства.

2. Измеритель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные источник постоянного напряжения, первый ключ, дифференцирующий усилитель, формирователь, одновибратор, второй ключ, а также блок вьщеления заднего фронта импульса, вход которого соединен с выходом одновибратора, выход дифференцирующего усилителя формирователя является третьим выходом блока управления, выход блока выделения заднего фронта импульса является первым выходом блока управФиа 2

Составитель Е. Губанов

Редактор Л. Пчелинская Техред J1.0ëåéíèê Корректор А. Зимокосов

Заказ 5766l40 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4! 267 ления, сигнальный вход второго ключа является входом блока управления, его выход — третьим выходом блока управления, 3. Измеритель по и,1, о т, л ич а ю шийся тем, что, буферное запоминающее устройство содержит генератор продвигающих импульсов и две идентичные цепочки, каждая иэ которых состоит из последовательно 10 соединенных сдвигающих регистров, при этом выход переноса из старшего разряда каждого из сдвигающих регистров подключен к входу переноса в младший разряд следующего регистра, f5 управляющий вход буферного запоминающего устройства соединен с управляющим входом генератора продвигающих импульсов и подключен к входам управления первых сдвигающих регист- 20 ров каждой из цепочек, выход генератора продвигающих импульсов подключен к управляющим входам всех

273 12 сдвигающих регистров, информационные выходы сдвигающих регистров являются выходами буферного запоминающего устройства, информационные входы первых сдвигающих регистров каждой из цепочек являются информационными входами буферного запоминающего устройства.

4. Измеритель по п.3, о т л ич а ю шийся тем, что генератор сдвигающих импульсов содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, ключ, счетчик, дешифратор, инвертор, а также элемент задержки, вход которого подключен к управляющему входу генератора продвигающих импульсов, выход — к входу установки нуля счетчика, при этом выход инвертора соединен с управляющим входом ключа, выход ключа является выходом генератора продвигающих импульсов.