Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов Российский патент 2019 года по МПК G01R23/16 

Известен способ расширения полосы частот анализа радиоспектра [1]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку на не менее чем двух различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат.

Известен другой способ расширения полосы частот анализа радиоспектра с дискретизацией действительного сигнала [2]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку на трех различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат.

Также известен способ расширения полосы частот анализа радиоспектра с дискретизацией комплексного сигнала [3]. Недостатками данного метода являются высокие аппаратные и вычислительные затраты, связанные с необходимостью вести дискретизацию и дальнейшую обработку синфазного и квадратурного сигналов на двух различных частотах дискретизации. Кроме того, при несовпадении сеток частот полученных спектров, для устранения эффекта наложения спектров необходимо выполнение передискретизации в единую сетку частот, что требует дополнительных вычислительных затрат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является способ расширения полосы частот анализа радиоспектра с дискретизацией задержанного в линии задержки и незадержанного действительного сигнала [4]. Входной сигнал делится на две равные части, первая часть задерживается в линии задержки на некоторое время τ и подается на первый АЦП (аналого-цифровой преобразователь), вторая часть подается на второй АЦП непосредственно. По полученным на первом и втором АЦП цифровым отсчетам вычисляются амплитудный и фазовый спектры задержанного и незадержанного входного сигнала.

Недостатками данного метода являются высокие вычислительные затраты, связанные с необходимостью вычисления амплитудного и фазового спектра входного задержанного и незадержанного сигналов.

Техническим результатом изобретения является уменьшение вычислительной избыточности. Целью изобретения является снижение вычислительной избыточности.

Для достижения заявленного технического результата в способе расширения полосы частот оценки спектров сигналов производят синфазное деление сигнала на первую и вторую равные по амплитуде части, аналого-цифровое преобразование первого и второго сигналов на двух АЦП, работающих на одной тактовой частоте, вычисляют амплитудные спектры перового и второго сигналов, причем первый сигнал перед аналого-цифровым преобразованием подвергают амплитудной коррекции с восходящей по частоте АЧХ (амплитудно-частотная характеристика), а второй сигнал подвергают амплитудной коррекции с нисходящей по частоте АЧХ, при этом, для разрешения неоднозначности, возникающей при суб-дискретизации входного сигнала, сравнивают максимумы спектральных составляющих совпадающих по частотному положению.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа расширения полосы частот оценки спектров сигналов. На фиг. 2 представлена АЧХ амплитудного корректора с восходящей по частоте характеристикой. На фиг. 3 представлена АЧХ амплитудного корректора с нисходящей по частоте характеристикой. На фиг. 4 представлено отношение модулей коэффициентов передачи второго и первого амплитудных корректоров. На фиг. 5 представлен спектр исходного входного синусоидального сигнала с частотой 114 МГц, частота дискретизации 40 МГц. На фиг. 6 представлен спектр входного синусоидального сигнала с частотой 114 МГц после амплитудной коррекции корректором с восходящей по частоте АЧХ, частота дискретизации 40 МГц. На фиг. 7 представлен спектр входного синусоидального сигнала с частотой 114 МГц после амплитудной коррекции корректором с нисходящей по частоте АЧХ, частота дискретизации 40 МГц.

Сущность изобретения поясняется чертежом на фигуре 1. Устройство содержит: входной делитель 1, амплитудные корректоры 2 и 4, устройство синхронизации 3, АЦП 5 и 6, устройство вычисления амплитудного спектра 7 и 8, решающее устройство 9.

Способ расширения полосы частот оценки спектров радиосигнала осуществляется следующим образом. Входной сигнал синфазно делится на две равные по амплитуде части, первая часть сигнала подвергается амплитудной коррекции с восходящей по частоте АЧХ, вторая часть сигнала подвергается амплитудной коррекции с нисходящей по частоте АЧХ. При этом корректор с восходящей АЧХ ограничивает полосу анализа по частоте снизу, а корректор с нисходящей АЧХ ограничивает полосу анализа по частоте сверху. Далее обе части входного сигнала подвергаются аналого-цифровому преобразованию, по полученным цифровым отсчетам первого и второго сигнала вычисляют соответственно первый и второй амплитудные спектры. Входная полоса частот первого и второго АЦП должна быть не меньше полосы частот, ограничиваемой первым и вторым амплитудными корректорами. При этом первый и второй амплитудные спектры содержат наложение нескольких зон Найквиста-Котельникова. Присутствие сигнала в конкретной зоне Найквиста-Котельникова определяют по отношению максимумов спектральных составляющих, находящихся на одной частоте, в первом и втором амплитудном спектре.

Список использованных источников

1. Кренев А.Н., Ботов В.А., Горюнцов И.С., Погребной Д.С., Топорков В.К. Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов. Патент РФ на изобретение №2516763.

2. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of real signals. Патент США на изобретение №5099194.

3. Tsui J.B.Y., Sanderson R.B. Digital frequency measurement receiver with bandwith improvement through multiple sampling of complex signals. Патент США на изобретение №5099243.

4. Sanderson R.B., Tsui J.B.Y. Instantaneous frequency measurement receiver with bandwith improvement through phase shifted sampling of real signals. Патент США на изобретение №5109188.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для расширения полосы частот оценки спектров сигналов. Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов включает этапы синфазного деления сигнала на первую и вторую равные по амплитуде части, аналого-цифрового преобразования первого и второго сигналов на двух АЦП, работающих на одной тактовой частоте, вычисления амплитудного спектра первого и второго сигналов. При этом первый сигнал перед аналого-цифровым преобразованием подвергают амплитудной коррекции с восходящей по частоте АЧХ, а второй сигнал подвергают амплитудной коррекции с нисходящей по частоте АЧХ. Для разрешения неоднозначности, возникающей при суб-дискретизации входного сигнала, сравнивают максимумы спектральных составляющих, совпадающих по частотному положению. Техническим результатом изобретения является уменьшение вычислительной избыточности. 7 ил.

Способ расширения полосы частот оценки спектров сигналов, основанный на синфазном делении сигнала на первую и вторую равные по амплитуде части, аналого-цифровом преобразовании первого и второго сигналов на двух АЦП, работающих на одной тактовой частоте, вычислении амплитудного спектра первого и второго сигналов, отличающийся тем, что первый сигнал перед аналого-цифровым преобразованием подвергают амплитудной коррекции с восходящей по частоте АЧХ, а второй сигнал подвергают амплитудной коррекции с нисходящей по частоте АЧХ, при этом для разрешения неоднозначности, возникающей при суб-дискретизации входного сигнала, сравнивают максимумы спектральных составляющих, совпадающих по частотному положению.