Цифровой панарамный измеритель частоты Советский патент 1983 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в радионавигации, а также в радиотехнических системах траекторных измерений.

Известен цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные генератор тактовы импульсов, счетчик импульсов, стро:бируемый ДешисЬратор, блок постоянной памяти, блок сумматоров, квадратор и решающий блок, а также формирователь импульсов нулей, выход которого подключен к первому входу стробируемого дешифратора Q.

Указанный измеритель, к концу интервала наблюдения формирует спектр сигнала, по координате максимума которого производится оценка частоты исспедуемого сигнала. Однако при наличии на входе измерителя двух или более сигналов в спектре выходного сигнала появляются ложные (аномальные) составляющие, обусловленные нелинейностью преобразования.

Известен также цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные сийхронизатор, счетчик, многоразрядный ключ, блок памяти, накапливакяций сумматор, и квадратор, последовательно соединенные блок автоматической регулировки усиления, генера тор опсзрчой частоты, сз Мматор и формирователь импульсов нуль-пересечений, выход которого подключен к управляющему входу многоразрядного ключа, а вход блока автоматической регулировки усиления и второй вход сумматора объединены и являются входом измерителя, установочные входы накапливающего сумматора и счетчика соединены с выходом сброса синхронизатора 21 .

В данном измерителе наличие опорного, сигнала большой интенсивности, лежащего за пределами полосы измеряемых частот, позволяет линеаризировать (по отношению к полезномгу сиг налу) операцию формировашет временной последовательности нулей я за счет возникающей фазовой модуляции результирующего колебания вынести паразитные комбинационшле частот-г ные составляющие; за пределы полосы исследуемых частот.

Однако влияние боковых лепестков мощного опорного сигнала сводится к присутствию в №1числяемых спектральных отсчетах аддитивных добавок, изменяющихся от отсчета к-отсчету и загрязняющих информационный спектр. Величины добавок не зависят от спекрального состава и амплитуды информационного сигнала, а определяются лишь мощностью опорного сигнала и частотным расстоянием вычисляемого спектрального отсчета по отношению к частоте мощного опорного сигнала.

Цель изобретения - улучшение разрешающей способности измерителя . и расширение его дхинамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем что в цифровой панор-амный измеритель частоты, содержащий последовательно сЪединенные синхронизатор, счетчик, многоразрядный ключ, блок памяти и накапливакяций сумматор квадратор, последовательно: соединенные блок автоматической регулировки усиления, генератор опорной частоты, сзгмматор и формирователь импульсов нуль-пересечений, выход которого подключен к управляющему входу многоразрядного ключа, вход блока aвтoмaтичiБcкoй регулировки усиления и второй вход сумматора объединены и являются входом измерителя, установочные входы накапливающего сумматора и счетчика соединены с выходом сбрсзса синхрони-затора, решающи блок, выход которого является выходом измери.теля, введега 1 последовательно соединенные второй счетчик, второй блок памяти и блок вычитания, сигнальный и установочный входы второго счетчика подключеш соответственно ко второму шлкоду и выходу сброса синхронизатора, адресный вход квадратора объединен с входом второго блока памяти, при этом второй вхрд блока вычитания подключен к выходу квадратораj а выход блока вычитания соединен с входом решающего блока. .

На фиг. 1 приведена структурная схема измерителя; на фиг. 2а - ввд спектра суммы трех сигналов (двух информационных и одного опорного при спектральном анализе на коротком временном интервале,б- боковые лепестки опорного сигнала, 8 - спектр очищенного сигнала.

Измеритель содержит сйнхронизатор1, вход 2, квадратор 3, блок 4 вычитания, решающий блок 5, блок 6 автоматической регулировки усиления, генератор 7 опорной частоты, сумматор 8, формирователь 9 импульсов нульпересечений, счетчик 10, блок II па мяти, .счетчик 12, многоразрядный ключ 13, блок 1Д памяти и накапливающий сумматор .15. Измерительный сигнал подается на объединенные входы сумматора 8 и блока 6 автоматиче кой регулировки усиления. Устройство работает, следующим образом. На сигнальный вход цифрового пано рамного измерителя частоты поступает информационный узкополосный сигнал. Этот сигнал в общем случае представ ляет собой смесь двух или более гармонических сигналов различных ча тот и амплитуд с узкополосным шумом В сумматоре 8 выполняется сложение двух аналоговых сигналов: информационного сигнала, поступающего с входа, и мощного сигнала опорной час тоты, вырабатываемого генератором 7 Частота опорного сигнала , лежит за пределами полосы частот информа- ционного сигнала и выбирается в окрестности точки (1,1-1,5)(fn+F), где fjj - центральная частота полосы информационных сигналов. Блок 6 авто матической регулировки усиления регулйрует амплитуду опорного сигнала таким o6i a;3OM, чтобы обеспечить постоянство отношения напряжений (Uoi,/U(,), где Uc, UQJ, - напряжения информационного и опорного сигнала соответственно. Выходной сигнал матрра 8 в формирователе 9 импульсоВ нуль-пересечений подвергается значительному усилению и двухстороннему ограничению, после чего выполняется формирование коротких электрических импульсов в моменты перехода ограниченным сигналом снизу вверх через нулевой уровень напряжения. Последовательность указанных импульсов (нуль-пересечений) являет|СЯ информационным эквивалентом анализируемого сигнала и подвергается jJBiCKpeTHCwy спектральному анализу. Таким образом на управляющий вход многоразрядного ключа 13 непрерывно поступает последовательность импульсов нуль-пер.есечений. Выделение из этой последовательности коротких участков, сооответствующих временному интервалу Т спектрального анализа, осуществляется путем подачи соответствующих управляющих импульсов синхронизатора 1 на счетчик 12, квадратор 3, счетчик 10 цифрового панорамного измерителя частоты. В момент начала интервала спектрального анализа на установочные входы обоих счетчиков и накапливающего сумматора подается короткий импульс (который устанавливает указаиные блоки в О). После этого на тактовый вход первого счетчика 12 начинают поступать импульсы тактовой частоты. Тактовая частота должна быт.ь существенно больше центральной частоты fo полосы анализируемых сигналов fe( fo+l) С приходом каждого тактового импульса содержимое первого счетчика 12 увеличивает:ся на единицу.Объем первого счетчика равен () разрядов. В момент прихода первого (очередкого} импульса нуль-пересечений открывается многоразрядный ключ 13, многоразрядное двоичное число с выхода счетчика 12 (в параллельном коде) поступает на адресные щины блока 14 памяти. В результате из блока 14 памяти выбирается строка данных, представляющая М комплексных чисел, каждое из которых суммируется с содержимым соответствующей из М ячеек накапливающего сумматора 15. В М ячейках накапливающего сумматора 15 в течение интервала наблюдения длительностью Т(( формируются (накапливаются) М отсчетов комплексного спектра Ч (f) анализируемой после- : довательности нуль-пересечений t на М частотах f « , М-1 Организация данных, хранящихся в блоке памятн, следующая. Блок 14 содержит М вар столбцов (по числу частот f , перекрывающих анализируе iS частотный диапазон f в (, +:F) с шагом А f 1/2T(,f), а каждый столбец - f строк (где f тактовая частота заполнения счетчика 12) .В строках каждого столбца щ анятся отсчеты (отдельно действительной, отдельно мнимой части) опорных сигналов exp(j2fif t), вычисленные для всех возможных на интервале наблюдения t €(0, Т) дискретйых моментов tfj прихода импульсов нуль-пересечений (состояний счетчика 12) . - По окончании интервала наблюдения Т|.| подача тактовых импульсов

на счетчик 12 прекращается. На выхо- де счетчика фиксируется двоичное число Р. В Р-й строке блока 14 памяти записано многоразрядное число равное нулю. Поэтому при всех последующих открываниях ключа 13 под воздействием импульсов нуль-пересечений (при, ) содержимое накапливающего сумматора 15 не измеряется.

После завершения формирования отсчетов комплексного спектра на интервале t€;(0, Тц-) начинается этап об.работки комплексного спектра. На тактовый вход счетчика 10 из синхронизатора 1 начинают поступать импульсы тактовой частоты. Объем счетчика 10 равен (logjH) раз рядов.: Многоразрядное число с выхода счетчика 10 подается на объединенные входы блока 1I памяти и квадратора 3.. Под воздействием адресного сигнала квадратор 3 выбирает первый (очередной) отсчет комплексного дискретного спектра из первой (очередной) ячейки накапливающего сумматора 15. По действительной и мнимой части отсчета расчитывается квадрат модуля этого отсчета;

Хе (ReYe)-(W%) в блоке 4 вычитания из первого

(очередного) отсчета энергетического спектра проводится вычитание числа, хр анящегося в первой (очередной) строке Йлока 11 памяти. В М строках блока 1t записаны М чисел, численно равных значениям боковых лепестков мощного опорного сигнала на дискретных частотах f 5 спектрального анализа. Огибающая боковьпс лепестков показана на фиг. 26. Таким путем выполняется очистка спектра измерительного сигнала от меюакицего воздействия боковых лепестков линеари ;зирующего мощного опорного с;игнала |генератора 7. С выхода блока 4 вычитания очищенные (фиг. 2в) спектральные отсчеты поступают в решающи блок 5, который путем анализа дискретного энергетического спектра смеси сигналов и шума выполняет определение числа информационных сигналов и их параметров.

Необходимые для функционирования данного цифрового панорамного измерителя частоты данные о значениях дискретных отсчетов боковых лепестков мощного опорного сигнала снимаются, экспериментальным путем и заносятся в блок 11 памяти.

Как указывалось выше, для функционирования устройства необходимо обеспечить С5пцественное превышение тактовой частота над возможными частотами сигналов: f f . В отсутствие сигнала на входе измерителя на выходе формирователя 9 нуль-пересечений наблюдается строго периодическая последовательность импульсов с периодом Тд, t/fon . Если на первый йход сумматора 8 подается сигнал с . напряжением 11 , а на его второй вход - сигнал генератора 7 с напряжением УОП , то нуль-пересечения суммы сигналов {tit начинают флуктуировать относительно своих средних значений ft ,и «{kTon с дисперсией

, -,. Тактовая частота измеь W иоя .. J. рителя должна выбираться такой, чтобы обеспечить регистрацию этих флуктуации. На практике достаточно обеспечитьили1,

, fi(3-5)(fon,.-ig-) По сравнению с п рототипом использование в предпояешгом устройстве компенсации боковых лепестков опорного сигнала позволяет выбрать частоту опорного сигнала более низкой и тем саьым уменьшить объем аппаратуры.

/

z

o-

8

i

/

/

/

/cf

ЙИГ./

f

Ч

lpt/г. 2