Устройство для спектрального анализа сигналов Советский патент 1984 года по МПК G01R23/16 

та ИЛИ, выход которого подключен к нулевому входу К-го триггера, выход К-входового элемента ИЛИ является выходом решающего блока, а его входы соединены с соответствующими выходами обострителей.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛОВ, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, N цифровых сдвиговых регистров, информационные входы которых подключены к соответствующим выходам аналого-цифрового преобразователя, синхронизатор, первый выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя,, а второй выход - с тактирующими входами цифровых сдвиговых регистров, N в ходовой цифроаналоговый преобразователь, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, и индикатор,.синхро низирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьи выходом синхронизатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности анализа при циклическом измерении спектров, в него введены дополнительно К цифровых сдвиговых регистров, N коммутаторов, количество входов каждого из которых равно K+l, блок масштабирования и решаЗДий блок, причем информационные входы i-ro коммутатора (где i-номер коммутатора и цифрового сдвигового регистра) соединены с выходами i-ro, (i+1)-го,..., (i+Ю-ГО цифровых сдвиговых регистров, а выходы с соответствующими входами цифроана- логового преобразователя, вход блока масштабирования подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход - к входу индикато ра, соответствующие информационные входы решающего блока соединены с. информационными входами дополнительg но введенных цифровых регистров, установочный вход - с четвертым выходом синхронизатора, установочными вход;ами коммутаторов и блока масштабирования, а выход - с управ§ ляющими входами коммутаторов и управляющим входом блока масштабирования . 2. Устройство по п. 1, отлиГО чающееся тем, что решакхций CD СП блок выполнен в виде К триггеров :К обострителей, К -1 элементов ШШ, К-входового элемента ИЖ и К-1 элементов задержки, причем единичные входы триггеров объединены и являются установочным входом решающего ка, входы обострителей подключены к нулевьм выходам соответствующих триггеров, первый вход К-го элемента ИЛИ (где К- номер триггера, обострителя, элемента задержки и эле мента ИЛИ) является К-м информационным входом решающего блока, вход К-го элемента задержки соединен с выходом (К+1)-го обострителя выход - с вторым входом К-го элемен

Изобретение относится к радиотехническим измерениям, предназначено для спектрального анализа сигналов и может быть использовано для измерения спектров радиосигналов при обеспечении перестройки его разрешающей способности.

Наиболее близлсим по технической сущности к предпагаемому является устройство для спектрального анализа сигналов, представляющее собой сочетание цифрового компрессора и дисперсионного анализатора спектра. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, сигнальный вход которого является входом устройства, N цифровых сдвиговых регистров, синхронизатор, первый выход которого соединен с управляюпщм входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход - с тактирующими входами цифровых сдвиговых регистров, N-входовый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)5 дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу ЦАП, соответствующие входы которого соединены с выходами цифровых сдвиговых регистров, и индикатор, вход которого подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а синхронизирзпощий вход ; . соединен с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьим выходом синхронизатора

Для согласования характеристик входных сигналов с параметрами дисперсионного анализатора спектра информация из регистров должна извлекаться с высокой скоростью. При этом к ЦАП предъявляется требование большого быстродействия. Однако чем вьппе быстродействие ЦАП, тем меньше возможное .количество их управляющих входов. В связи с этим оказывается ограниченным динамический диапазон сигналов, которые могут быть преобрг зованы в ЦАП. Если динамический диапазон входного сигнала больше динамического диапазона устройства, то точность анализа существенно зависит от степени согласования верхнего уровня входного сигнала с используемым ЦАП.

Целью изобретения является повышение точности анализа при цикличес ком измерении спектров путем согласования информации об уровне входного сигнала с динамическим диапазоном ЦАП и восстановления истинного уровня сигнала на выходе дисперсионного анализатора спектра.

Поставленная цель достигается те что в устройство, содержащее аналого цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, N цифровых сдвиговых регистров, информационные входы -которых подключены к соответствзпощим выходам анапогб цифрового преобразователя, синхронизатор, перйый выход которого соединен с управляющим входом аналогоцифрового преобразователя, а второй выход - с тактирующими входами цифро вых сдвиговых регистров, N входовой ЦАП, дисперсионный анализатор спектра, вход которого подключен к выходу ЦАП, и индикатор, синхронизирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом дисперсионного анализатора спектра и третьим вькодом синхронизатора, введены дополнительно К цифровых сдвиговых регистров, N ком.мутаторов, количество входов каждого из которых равно К+1, блок масштабирования и решающий блок, причем информационные входы i-ro коммутатора (где i - номер комментатора и хщфрово го сдвигового регистра) соединены с выходами i-ro, (i+1)-ro, ..., (i+K)-ro цифровых сдвиговых регистров, а въЕходы - с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, вход блока масштабирования подключен к выходу дисперсионного анализатора спектра, а выход - к входу индикатора, соответствующие информационные входы решающего блока соединены с информационными входами дополнительно введенных цифровых регистров, установочный вход с четвертым выходом синхронизатора, установочными входами коммутаторов и блока масштабирования, а выход с управляющими входами коммутаторов и управляющим входом блока масштабирования . Решающий блок выполнен в виде К триггеров, К обострителей, К-1 элементов ИЛй,К-входового элемента ИЛИ и- К-1 элементов задержки, причем единичные входы триггеров объединены и являются установочным входом решающего блока, входы обострителей подключены к нулевым вь1ходам соответствующих триггеров, первый вход К-го элемента ИЛИ (где К - номер триггера, обострите.ля, элемента задержки и элемента ИЛИ) является К-м информационным входом решающего блока, вход К-го элемента задержки соединен с выходом (К+1)-го обострителя, выход - с вторым входом К-го элемента ИЛИ, выход, которого подключен к нулевому входу К-го триггера, выход К-входового элемента ИЛИ является выходом решающего блока, а его .входы соединены с соответствующими выходами обострителей. В предлагаемом устройстве количество цифровых сдвиговых регистров увеличено по сравнению с прототипом причем в зависимости от амплитуды входного сигнала, информация о котором записывается в эти регистры, с помощью введенньгх коммутаторов к ЦАП (количество входов N которого такое же, как у прототипа) подключаются только N соответствующих регист ров . При этом не происходит ограничение входного сигнала, а меняется его масштаб и динамический диапазон изменения сигнала на выходе ЦАП оста ется таким же, как в прототипе-. Информация об изменении масштаба ампли туды сигнала фиксируется в решающем блоке, который вьфабатьтает на своем выходе команду о соответствую щем восстановлении истинной амплиту ды сигнала, которое производится с помощью блока масштабирования. На фиг. 1 и 2 представлены блоксхемы предлагаемого устройства. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, выходы кот рого соединены с входами цифровых 1 4 сдвиговых регистров 2-1, 2-2, ..., 2-N, ..., 2-(К-1), 2-К, синхронизатор 3, ЦАП 4, подключенный к входу дисперсионного анализатора спектра 5, индикатор 6, коммутаторы 7-1-7-N, блок масштабирования 8, вход которого подключен к выходу решающего блока 9, триггеры 10-1-10-К соединены с входами обострителей 11-1-11 К, элементы ИЛИ 12-1-12-(К-1), одни входы которых соединены с выходами элементов задержки 13-1-13-(К-1), входы которых связаны с К-входами элемента ИЛИ 14. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь 1., на входах которого появляется цифровая информация, соответствующая амплитуде выборок из этого сигнала. На фиг. 1 количество регистров, соответствующее числу двоичных разрядов числа, характеризующего амплитуду выборки, для определенности положено равным шести (). Информация о выборках записьтается в цифровые сдвиговые регистры 2-1,.,.,2-К с малой частотой F-, определяемой из теоремы Котельникова: , где uf - ширина спектра сигнала. После того, как будут заполнены все ячейки регистровой памяти,.на такто- вые входы регистров подаются импульсы считывания, следующие с высокой частотой, соответствующей полосе обзора дисперсионного анализатора спектра 5, причем преобразование цифровой информации в аналоговую форму производится с помощью ЦАП 4. На фиг. 1 представлен 4-входовый ЦАП (), при этом для определенности полагается, что это максимально возможное число управляющих входов для ЦАП такого быстродействия. Аналогичное устройство может быть построено и для других значений N и К. Перед началом работы устройства сигнал с 4-го выхода синхронизатора поступает на установочные входы ре- тающего блока 9, коммутаторов 7-1, ..., 7-N и блока масштаби- рования 8, в результате чего обеспечивается исходное состояние этих блоков-. Если амплитуда сигнала на входе устройства не слишком велика и поэтому информация о нем записывается только в первых четырех сдвиговых регистрах 2-1,...,2-N, на входы S1 дополнительно введенных регистров 2-(К-1), 2-К в течение всего ци ла записи поступают гогические нули tt результате исходное состояние решающего блока 9 не меняется, на его выходе отсутствует команда и коммутаторы 7-1,...,7-N, а также блок масштабирования 8 остаются в исходном состоянии. При этом ко входам ЦАП оказываются подключенным первые входы всех коммутаторов, а блок масштабирования обеспечивает минимальный коэффициент передачи, например . В режиме считывания информации из цифровых регистров ан логовый сигнал с выхода ЦАП поступа ет на вход дисперсионного анализато ра спектра 5, и сигнал, характери™ зующий спектр, через блок масштабир вания 8 поступает на индикатор 6. Если амплитуда входного сигнала достаточно велика и информация о не записывается в пяти регист--рах 2-1, ..,,2-(К-1), на вход регис ра 2-(к-1) в течение цикла записи поступают не только нули, но и един цы. Первый же импульс, соответствую щий логической единице, поступает через элемент ИЛИ 12-1 на нулевой вход триггера 10-1 и меняет его исходное состояние (фиг, 2). В результате этого обостритель 11-1 формирует короткий импульс, который через элемент ИЛИ 14 поступает на выход решающего блока 9i Этот импульс является командой на переключ ние коммутаторов 7-1,...,7-N и блока масштабирования 8 таким образом, что ко входам ЦАП подключаются вторые входы всех коммутаторов, а блок масштабирования обеспечивает коэффициент передачи в два раза больший исходного, т.е. , При этом информация первого регистра 2в котором записывается младший разряд цифрового кода, не используется а код на выходе коммутаторов соответствует числу в два раза меньшему инстинного. Реальный уровень сигнал восстанавливается с помощью блока масштабирования 8. Восстановление масштаба амплитуды сигнала после ан 4 6 лизатора 5 позволяет уменьшить требования к динамическому диапазону дисперсионного анализатора спектра 5, так как при этом его динамический диапазон может не превьшать динамический диапазон ЦАП 4. В случае еще большей амплитуды входного сигнала информация о нем записывается во всех регистpax 2-1,,..,2-К, т.е, логические единицы поступают и в дополнительные регистры 2-(К-1) и 2-К. Поэтому изменяется состояние обоих триггеров 10-1 и 10-f2, входящих в состав решающего блока 9 (фиг. 2). На его выходе появляются два коротких импульса, которые являются командой на переключение коммутаторов 7-1, ..., 7-N и блока масштабирования 8 таким образом,, что ко входам ЦАП 4 подключаются третьи входы всех коммутаторов, а блок масштабирования обеспечивает коэффихдаент передачи в четыре раза больше исходного, т.е. (элементы задержки (К-1) и элементы ИЛИ 12-1-12(К-1) введены в решающий блок 9 для того, чтобы он вырабатывал два выходних импульса и в том случае, когда на его первом входе отсутствуют логи-i ческие единицы. В этом случае триггер 10-1 также срабатьюает с некоторой задержкой после триггера 10-2. Для работы ЦАП 4 используется информация последних четырех регистров 2-3,...,2-К, а код на выходе коммутаторов соответствует числу, в четыре раза меньшему истинного. Реальный уровень сигнала восстанавливается с помощью блока масштабирования 8, и на экраце индикатора 6 наблюдается истинный уровень спектра сигнала. Предлагаемое устройство для. спектрального анализа выгодно отличается от прототипа большим динамическим диапазоном обрабатываемых сигналов, который определяется большим количеством цифровых сдвиговых регистров, превьш1ающим предельное количество управляющих входов быстродействунядего ЦАП.

в-5

Информационные решающего Впокл

А/г. 2 Выход решаюи го SaoKQ.

9иг.1

Т