Цифровой панорамный измеритель частоты Советский патент 1983 года по МПК G01R23/00 

О 4:ih ЬГ1

4

эо Изобретение относится к радиоизм рнтельной технике. По основному авт, ев, № 569961 известен цифровой панорамный измери тель частоты, который содержит-два смесителя, первые входы которых сое динены с источником измеряемой частоты, их вторые входы подключены к выходам квадратурного генератора, а выход каждого смесителя через последовательно соединенные фильтр нижних частот, дискретизатор и аналого-цифровой преобразователь соеди нен с соответствующим входом блока вычислений дискретного преобразования Фурье, выход которого через ква ратор соединен с входом блока грубо оценки частоты и интерполятором причем вторые входы дискретизаторов соединены с выходами задающего генератора сигналов дискретизации, а вто рой вход интерполятора соединен с вы ходом блока грубой оценки частоты l Недостатком данного устройства является значительное снижение точности измерения частотЕл при расширении энергетического спектра сигнала Известное устройство реализует оценку максимального правдоподобия (оптимальную оценку), еали ширина энергетического спектра сигнала весь ма мала, т.е. сигнал практически является гармоническим. Однако при увеличении Ц1ирины энергетического спектра сигнала точность измерения центральной частоты резко падает. Особенно велика будет ошибка измерения частоты, когда форма энергетичес кого спектра близка к прямоугольной (т.е. имеет достаточную протяженную плоскую Вершину). Цель изобретения - повышение точности измерения центральной частоты сигналов с протяженным энергетическим 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 соедидиценные фильтр нижних частот, дискретизатор и аналогоцифровой преобразователь соединен с соответствующим входом блока вычис лений дискретного преобразования Фурье, выход которого через квадратор соединен с входом блока грубой оценки частоты, причем вторые входы дискретизаторов соединены с выходами задающего генератора сигналов дискретизации, а также интерполятор, один вход i oToporo соединен с соответствующим выходом квадратов, а его второй вход соединен с выходом блока 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 смесители 1 и 2, квадратурный генератор 3,фильтры 4 и 5 нижних частотр дискретизаторы б и 7, задающий refiepaTop 8сиг-налов дискретизации, аналого-цифровые преобразователи 9 и 10, блок 11 вычисления дискретного преобразшвания Фурье, квадратор 12, блок 13 грубой оценки час-тоты, интерполятор 14, блок 15. скользйщего усреднения по частоте и указатель 16 экстремума. Устройство работает следу йщим образом. .,.-. На вход измерителя частоты (смесители 1 и 2) поступает аддитивная смесь х() 5 (t) ) полосового стационарного случайного сигнала ) со спектральной плотностью Ng /2 в полосе ш + 1) и широкополосной помехи и Tt) с полосой частот, существенно превыи ающей полосу частот сигнала, где i)o - центральная частота :спектра; Ь- полоса частот исследуемого сигнала . На вторые.входы смесителей 1 и 2 подаются сдвинутые одно относительно другого на угол /Т/2 гармонические колебания квадратурного генератора 3,., Частота этих колебаний с .-. выбрана ... равной наименьшей -fll ( O-tcS. из диапазона возмолшых Е.,-f /2/55 +F/2) значений измеряемой частоты сигнала (5 , где УС круговая частота сигнала квадрату.рного генератора, f максимальна;я частота спектра колебаний на выходах фильтров 4 и 5. Фильтры 4 и 5 обеспечивают выделение низкочастотных составляющих (О -F j спектра колебания на выходах смесителей. Совместно смесители 1 и 2, генератор 3 и фильтры 4 и 5 обеспечивают формирование на основе измеряемого сигнала (t) аналитического сигнала, спектр которого сосредоточен в области (0,F) , Дискретизаторы 6 и 7 дискретизир ют по времени компоненты низкочастотного аналитического сигнала с шагом .A-t 1/2F , задаваемым гене.ратором 8« Аналого-цифровые преобразователи 9 и 10 преобразуют дискретные значения компонента сигнала в цифровую форму. Блок 11 выниаления дискретного преобразования Фурье по M(FT) отсчетам аналитического сигнала формирует -N отсче тов его Фурье-спектра :(i) , ёк (J) в диапазоне (o,F) с шагом d/2T i(T- интервал наблюдения реализации X (i) . Квадратор 12 путем нахождения квадратов модулей отсчетов Фурье-спектра X ,(j )1 () + ок С )формирует отсчеты энергетического .спектра, где ,) и отсчеты квадратур Фурьеспектра. Далее блок 13 путем перебора отсчетов энергетического спектра находит максимальный из них 1 ах|Хк

i( j))2- . Таким образом, .формируется грубая оценка частоты л) . Интерполятор 14, используя информацию, заложенную в амплитудах отсчетов энергетического спектра, непрерывно воспроизводит форму спектра мощности (энергетического спектра) входной смеси сигнала 5(-fe) и широкополосной

помехи И (-Ь) ., Действительно, при дискретизации энергетического спектра с шагом л -1/2Т возможно точное восстановление спектра в интервале между вьгчислеНными спектральными отсчетами с помощью ряда Котельникова. Интерполятор 14 восстанавливает форму энергетическогр спектра/ X (JV)| в полосе частот . Восстановленный энергетический спектр пос тупает на вход блока 15, который формирует сигнал вида

. л54-ь 1 М(1) I U) для значений -V 7-U|aхч . - А, .

впоЛосе частдт (1; л)+Ъ| (

Сигнал М (5) повтупаёт на вход указателя 16 экстремума, который определяет полрж ение абсолютного

.максимума ( ) , являющееся оценкой

неизвестной центральной частоты энергетического спектра сигнала . При этом информация о значении-v подается на вторые входы блока 15 скользящего усреднения и указатеjw 16 экстремума с соответствующегс) выхода блока 13.

Информация о значении грубой оценки частоты -О подается с соответствующего выхода блока 13 на вторые входы блока 15 и указателя 16 для того, .чтобы ограничить интервал усреднё-. НИН и поиска экстремума и тем самым существеншэ сократить время,

необходимое для получения оценки ijj неизвестной центральной частотьа энергетического спектра f, , Согласно Теории потен шальной помехоустойчивости положение абсолютного макси, мума fA ) на оси частот лГ , где оценка максимального правдоподобия, соответствует оценд е максимального правдоподобия Jj-n центральной частоты энергетического спектра сигнала.

0 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 мaкcимs иa при о .

5 При сужении полосы частот исследуемого сигнала ( );МС)(,))| , тем самым предлагаемое устройстйо обеспечивает точность оценки не ниже, чем в известном устройстве. Од0нако, когда измеряется центральная частота спектра сигнала, имеющего достаточно протяженный плоский участок Вершины, точность оценки частоты известныь1 устройством значитель5но падает. Предлагаемое устройство в этих условиях обеспечивает предельно достижимую точность оценки (оценку максимального правдоподобия) центральной частоты спектра сигнала и,

0 следовательно, существенный выигрыш в точности оценки по. сравнению с прототипом. Так в отсутствие- широкополосной помехи, по мере расширения спект г. ра сигнала и увеличения протяженнос5ти его плоской вершины, выигрыш в точности измерения в предлагаемом устройстве растет пропорционально квадрату базы сигнала i {i iС о5/ti j г / Ьт jail}-, где U база сигнала . Например,, при весьма умеренной базе -20

0 выигрыш равен 13 дб. Это нижняя граница выигрыша. При наличии широкопо :лосной помехи выигрыш может быть несколько выше.

5

Предлагаемое устройство может быть использовано в системах точного измерения частоты, системах широкополосной связи, активной и пассивной радиолокации и др. Устройство может бить

0 реализовано с помощь.ю стандартных блоков частотно-измерительной аппаратуры и цифровой вычислительной тех-

НИКИ.

физ2

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.