Анализатор частотного спектра сигнала

Анализатор частотного спектра сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1») 744358

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.05.77 (21) 2497027 18-21 (51) М Кл з

G 0IR 23/16 с присоединением заявки ¹

ГосУАаРстеенный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (53) УДК 621.317.757 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Л. Е. Быховский, Ю. С. Ицкович, Л. В. Казачков, М. Д. Лернер, Л. И. Мацкин, Ю. В. Никандров, Ю. С. Парижский, В. H. Пушкин и Ю. В. Смирнов (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА СИГНАЛА

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может быть использовано прп создании систем обнаружения и анализа радиосигналов.

Известно устройство для реализации алгоритма оыстрого преобразования Фурье, которое содержит преобразователь напряжение — код, блок памяти, арифметический блок п управляющий блок, включающий счетчик и дешифратор адресов.

Известное устройство реализует алгоритм быстрого преобразования Фурье для вычисления коэффициентов Фурье, определяющих амплитуду гармонических составляющих сигнала. В этом устройстве анализируемый сигнал проходит через преобразователь напряжения — код и в цифровом виде записывается в блок памяти в течение цикла анализа. Затем пз блока памяти значе-. ния входного сигнала поступают в арифметический блок, где производится пх умножение на спнусоидальные коэффициенты, записанные заранее в блоке памяти, и сложение произведений в соответствии с алгоритмом быстрого преобразования Фурье (БПФ). Полученные прп этом коэффициенты Фурье соответствуют амплитудам гармонических составляющих сигнала на частотах, следующих с шагом, обратно про порцпональпым длительности цикла аналпза, п начинающихся с нулевого значения.

Ширина полосы частот, в которой производится анализ спектра такими устройствами, жеcTho связана с па13амет(>амп алгopllTма БПФ (количество Bbl lrrc,15rcMblx коэффициентов) п длительностью цикла анализа, а каждый вычисленный коэффициент Фурье соответствует уровню сигнала, который сформировался бы па выходе узкополосно10 го фильтря, ширина полосы пропусканпя которого обратно пропорциональна длительности цикла анализа. Таким образом, это устройство позволяет проводить анализ спектра входного спгнала (1).

)5 Недостатком этого устройстьа является низкая точность измерения.

Известен также анализатор спектра одновременного действия, который содержит гребенку узкополосных аналоговых фпльт20 ров, входы которы. . соединены с линейным перемножптелем входного сигнала на сигнал генератора вссовой функции, а Brlxo ды — с гасящими шунтами.

В этом анализаторе спектра в течение

25 цикла arraлиза входной сигнал умножается на весовую функцшо, и поступает на узкополосные аналоговые фильтры, выделяющие определенные гармош|кп, а в конце цш ла колебания сш.нала в полосовых филь30 трах гасятся шунтами, что позволяст управлять формой частотной характеристики полосовых фильтров f2J.

Недостатком данного анализатора спектра является также низкая точность измерения.

Целью изобретения является расшпреш(с диапазона точности измерения анализируемых частот путем изменения дискретности деления диапазона анализируемых частот.

Указанная цель достигается за счет того, «r0 анализатор частотного спектра сигнала, содер)кащий гребенку цифровых фильтров, связанных с блоком управления, последовательно соединенные гетсрод(ш смсситсль, широкополосиыl! (I)! I.lьтр, ирсоора:>Ова 1 с/f иапряжеш!с — код и задающш ; генератор, подключеииьш ко второму Входу ирсобразователя напря)кение — код, с;!абжеп с(штезатором частот следования импульсов, иитерполятором и коммутатором, первый вход которого подключен к выходу блока управления, второй вход к выходу синтезатора, а выход — ко Входам грсбсики цифроьых фильтров, BTopelc ВхОды 1:,Оторых иодк.llочены к выходу шперполятора, своими Входами соединснио о с Выходом преобразователя напряжение — код, с выходом генератора и со входом синтезатора.

СтРУКтУРНаЯ СХС:vIB апаЛИЗатОРа (ВСТОтиого сисктра сиl Fiil/lii изооражсиа и!! >Iср теже.

Лнализатор частотного спектра сш и,!л;! содср)кит смеситсль 1,- первый вход ко орого является сигнальным, !1 В!Орой иодк. юг(и к 1;ыходу гстсродииа 2. Выход смсci! Т(. 1If 1 ч f)(B ll(llpo((olio.fOcFIbfi! фи IbT ) 8 cf liзан с преобразователем 4 иапряжсиис—

ВХОД>) I OTOPOI 0 IIO/lключсн низкочасl отиьш выход за;!ающс! о генератора 5. Выход иреобразовател» 4 иаиря)кение — код соедш!ен с шк:ерполятором 6, к управляющему входу которого подключен высокочастотный выход задающего генератора 5. Выход интсрполятора 6 подключен к гребенке цифровых корреляционных фильтров 7, а высокочастотный выход задающего генератора 5 — 1;0 входу цифрового синтезатора 8 частот c;IeqOBB»II)I импульсов, выходы которого через коммутатор 9, иодк,почепный уиравляюшпм B)îдом к блоку 10 управления, связаны соответственно с управляющими входами цифровых корреляционных фильтров 7, Входы сброса которых соединены с выходом блока

10 уllpHBëñl!!Iÿ, а выходы яв, IH(oòc51 Выходciми системы анализа частотного спектра сигнала.

Принцип работы системы заключас!Ся з следующем.

ВхОДИОI! сигнал иОДас 1 ся iic! cMсси сл1> 1, иа второй вход которого подастся спгilc!! гетсродина 2. С выхода смеси геля сигi!;„i поступает на широкополосный фи/(ьтр 8.

1 ЕтерОдии 2 ИаетрОСИ Iic! Tc!!(уК) Чае Оту> KOT0PаЯ СОВМСIЦаст <11!!!ЛИЗИРУC!vf > 10 ИO.IОС частот входного сигнала с полосой пропускания широкополосного фильтра 3, Анализируемый сигнал с ьыхода широкополосного фильтра 3 пос(упает иа преобразователь 4 напряжение — код, где под воздействием низкочастотных импульсов задающего генератора 5 преобразуется в цифровой вид. В связи с тем, что преобразователь

4 папряжеш(с — код может работать лишь

С OTFIOCIITCЛЬНО ИИЗГ(Ой >lifCTOTOI(>(ПОРЯД((!1

100 КГц), и для работы гребсш(и цифровых корреляционных фильтров 7 требуются значения апа;шзирусмого сигнала, следующие со зиа и)тельно более Высокой частотой, то сип(ал с Выхода преобразователя 4 наиряжсипс — код поступает иа вход rpi

ОСIli(ll ЦифРОВЫХ I(OPPC;lSIIII(OIIIlblX ф(>, fbTPOI3

7 через интерполятор 6, который иод Воздействием высокочастотных импульсов задаюшсго ic(iepafof)a 5 Вырабатывает промежуточные зиа спия анализируемого сигHBла, следующие с этой частотои.

Одноврсмснио Высоко ((lстот(lыс импульсы с задающего геперагора 5 поступают иа цифровой. синтезатор 8 частот следования импульсов, где путем pe;(el(I(F1 частоты C;icдоваиия импульсов задающсго генератор;!

5 иа разл. нные «оэффицис(ггы деления синтезируются последовательности импульсов

РаЗЛИ.ШОй lc!CTOTbl СЛСДОВаИИЯ Иа Раэл(Н111: х выходах. Полученные частоты следов; !-!

i!!i! ИХ(ИУЛ1>С013 ОИРСДС;IS!!OT 1(1СТОТЬ(if ifc T f) 0 Й к и li и ф р 0 В ы х ((o f) р с. я ц >10 н и ы х ф ил 1> тp0l3 /, l(01 0()bi(!срез комм >та i Ор 9 иодк/! ю (di0l Ci! . К ВЫХОД (м Clif! COB i Îfi B 8 свои, i IIPclв ЧЯ!ОИ(ИМI (3 > ОД!(М I! . (IIОМОЩЬIO ОЛО!(>

10 управ,!сипя В коммута" орс 9 можно!!1)0IlB130ди11> иерск>иочсиис цифроВых корре.!яЦ!10IIHblX ())11.11>TPOB / (lci P i!B, illclllÛÑ ВЫХОДЫ синтез пора 8 в зависимости от требуемой частоты настройки.

Цифровыс корреляционные фильтры 7 содержат дьа квадратуриых канала, В которых входной сигнал умножается иа знак синуса и косинуса опорной частоты. Умножение на знак синуса сводится к умножению входного си-нала на +1 и — 1 поочередно в соствстствии с частотой настройки корреляционного фильтра, а умно)кение иа

ЗпаК КОСИИУCQ cil(c!;101 È×ÈÎ УMIIO)I(XIII(!0 !IB знак сш(уса, но смена знаков сдвинута на четверть периода, соотвстствующег0 частоТс настройки коррел IF(110(ii(ol о фильтра.

Наиболее простым способом использования последовательности управляющих IDIпульсов для работы квадратурпых каналов является следующий. В момент прихода первого импульса входной сигнал умножастсЯ н(! 1 и пост>) паст 13 исрВый кВадp i 1 УP((blff i(cii!H.I, В МОМСИ !IP! IXO/ B10POI О

ИМПУЛЬСа ВХОДИОй СШ I!c!Л УМНОжаЕтСЯ Иа —;-1 и поступает 130 второи квадратуриьш капал, В момент прихода третьего импульса

В. ОдНОй СИП(ал уМПОжаЕтея llc! — 1 И ПОСтунаст В первый квадратуриый капа/1, B мо744358 мент прихода четвертого импульса входной сигнал умножается на — 1 и поступает во второй квадратурный канал и далее порядок действий повторяется. Таким образом, частота настройки цифрового корреляционного фильтра 7 в четыре раза ниже частоты следования управляющих импульсов, поданных на его управляющий вход. После умножения на знак синуса пли косинуса сигнал в каждом квадратурном канале интегрируется в течение времени между двумя импульсами сброса, поступающими на специальные входы установки нуля цифровых корреляционных фильтров 7 от блока

10 управления. Объединение результатов интегрирования двух квадратурных каналов, например, путем вычисления квадратного корня из суммы квадратов, дает соответствующую гармоническую составляющую анализируемого сигнала.

Частотная характеристика корреляционных фильтров, как известно, имеет узкую полосу пропускания, ширина которой обратно пропорциональна времени интегрирования. Изменяя время интегрирования с помощью импульсов сброса блока 10 управления, можно получить любую требуемую ширину полосы пропускания. Следует отметить, что умножение на знаки синуса и косинуса опорной частоты вместо самих синусов и косинусов приводит к появлению дополнительных полос пропускания в частотной характеристике фильтра, соответствующих опорной частоте, умноженной на 3, 5, 7 и т. д. Однако, широкополосный фильтр

3 ограничивает полосу частот входного сигнала сверху и приводит к отсутствию всяких сигналов на частотах, соответствующих дополнительным полосам пропускания корреляционного фильтра. В то же время умножение на знаки синуса и косинуса позволяет существенно упростить схему синтезатора 8 частот следования импульсов по сравнению с известными синтезаторами частот гармонических колебаний.

1О

25 зо

Положительный эффект предложенного технического решения заключается в следующем. Путем переключения в коммутаторе

9 управляющих входов цифровых корреляционных фильтров 7 на различные выходы синтезатора 8 частот следования импульсов можно создать различные гребенки анализирующих фильтров в соответствии с конкретными условиями измерения спектра.

Изменяя. время между импульсами сброса, поступающими пз блока 10 управления на входы сброса фильтров 7, можно изменять ширину полосы пропускания анализирующих фильтров, адаптируя ее к условиям измерения спектра.

Формула изобретения

Лнализатор частотного спектра сигнала, содержащий гребенку цифровых фильтров, связанных с блоком управления, последовательно соединенные гетеродпн, смеситель, широкополосный фильтр, преобразователь напряжение — код и задающий генератор, подключенный ко второму входу преобразователя напряжение — код, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен синтезатором частот следования импульсов, интерполятором и коммутатором, первый вход которого подключен к выходу блока управления, второй вход — к выходу синтезатора, а выход — ко входам гребенки цифровых фильтров, вторые входы которых подключены к выходу интерполятора, своими входами соединенного с выходом преобразователя напряжение — код, с выходом генератора и со входом синтезатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 480079, G 06F 15/34, 1972.

2. Лвторское свидетельство СССР № 449312, G 01К 23/16, 1972.

744358

Составитель А. Орлов

Корректор Л. Орлова

Техред В. Серякова

Редактор Л, Гольдина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 770/17 Изд. Кв 316 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4, 5