Цифровой анализатор спектра Советский патент 1985 года по МПК G06F17/14 G01R23/16 

в1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в аппаратуре, осуществляющей спектральную обработку электрических сигналов в реальном масштабе времени Известно устройство, содержащее блок преобразования Фурье, два выхода которого через квадраторы соединены с входом сумматора 5 выход кото рого соединен с линейным или нелиней ным регистратором lj . Недостаток устройства - недостаточная разрешающая способность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее преобразователь частоты, вход которого является информационным входом анализатора, два цифровых фильтра,, состоящие из умножителей, накапливающих сумматоров и коммутаторов, умножитель на весовую функцию, выход которого подключен к входу блока быстрого преобразования Фурье, выход которого подключен к входу квадратичного детектора 2 . Недостатком известного устройства является его сложность из-за использования большого числа умножителей и накапливающих сумматоров. Цель изобретения - упрощение анализатора спектра. Поставленная цель достигается тем что в анализатор спектраj содержащий преобразователь частоты, вход которо го является информационным входом анализатора, первый и второй цифровые фильтры, умножитель на весовую функцию, выход которого подключен к информационному входу блока вычисления быстрого преобразования Фурье, информационный выход которого подклю чен к входу квадратичного детектора, отличающийся тем, что с целью упрощения анализатора, введены умножитель и блок постоянной памяти коэффициентов, информационный выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого является информа1и1оннь М выходом анализатора, а квадратичного детектора подключен к второму входу умножителя, причем первый и второй цифро вые фильтры содержат Р узлов фильтра ции (где Р - отношение всей полосы к полосе анализа), каждый из которых содержит М регистраторов и М сумматг ров (где М - порядок фильтра) ,, прк 4S этом выход i -го (, М-1) су1чмятора i-го (,P) узла фильтрации подключен к первому входу ( сумматора и информационному входу (+1)-го регистра, информационный выход которого подключен к второму входу (i+l)го сумматора, первый вход первого сум шторй - к информационному выходу первого регистра, а второй вход первого сумматора К-го (,Р) узла фильтрации соединен с информационным входом первого регистра К-го узла фильтрации и подключен к выходу М-го сумматора (К-1)-го узла фильтрации, при этом вторые входы сумматбров первых узлов фильтрации первого и второго цифровых фильтров соединены с информационными входами первых регистров первых узлов фильтрации соответственно первого и второго цифровых фильтров и подключены к вьиодам соответственно реальной и мнимой частей числа преобразователя частоты, а выходы М-х сумматоров Р-х узлов фильтрации первого и второго цифровых фильтров - к входам соответственно реальной и мнимой частей числа умножителя на весовую функцию. На фиг. 1 представлена блок-схема анализатора спектра; на фиг. 2 структурная схема цифрового фильтра. Уг ройство состоит из последовател, ,0 соединенных между собой преобразова г-еля 1 частоты, двух цифровых фильтров 2, умножителя 3 на весовую функцию, блока 4 вычисления быстрого преобразования Фурье, квадратичного детектора 5, умножителя 6 и блока 7 постоянной памяти коэффициентов. Цифровой фильтр 2 (фиг. 2) состоит из Р последовательно соединенных узлов 8 фильтрации, каждый из которых содержит М сумматоров 9 и столько же регистров 10 задержки. Устройство работает следующим образом. При поступлении на вход устройства с тактом Т| входных комплексных вы- борок, они поступают на информационный вход преобразователя 1 частоты, осуществляющего перенос спектра входного процесса в область нижних частот по следующему алгоритму хСе) )д,(е) е где Xgj(e), х(е) - комплексные выборки соответственно 3 на входе и на выходе преобразоват ля частоты; е - текущий номер вы работки; ад - центральная часто та зоны анализа; IF 1 г т 2 Ql Т Т, F, - соответственно такт и ча тота квантоваршя входног комплексного процесса. С выхода преобразователя 1 частот косинусная и синусная составляющие поступают с тактом Т соответственно навходы первого и второго цифровых фильтров 2. Число Р узлов 8 фильтрации зависит от отношения величины зоны анали за к полной полосе. Число М сумматоров 9 и связанных-с ними регистров 10 задержки в каждом узле 8 фильтрации зависит от порядкового номера узла 8 фильтрации и от требуемой формы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) цифрового фильтра 2 АЧ одного узла 8 фильтрации определяется вьфажением: iy(t) 2 |co-3i;i/F,,p/% где р - номер узла фильтрации; Мр - число сумматоров в р-м узле фильтрации; f - текущая частота; бх.р. частота поступления инфор мации на вход р-го узла фильтрации; , 2Р « 2fp) Fp-- ; Т„ -;F| в,)ГрР г в.р 2Р--Т. М последовательно соединенных меж ду собой сумматоров 9 с регистрами 10 задержки позволяют сузить полосу частот входного процесса и получить малое значение коэффициента передачи узла 8 фильтрации на частотах, близких к частоте Fg,p/2. Благодаря этому съем информации с выхода р-го узла 8 фильтрации можно производить с частотой, вдвое меньшей, чем F, Таким образом, съем информации с р-го узла 8 фильтрации осуществляется в 2 раз реже, чем поступление входной информации на вход первого узла 8 фильтрации (Tp ). АЧХ цифрового фильтра, имеющего Р прсле44довательно соединенных узлов фильтра ции, определяется из соотношения и.Ь2/Мр Hlll-n 2 РМ Поточная организация структуры цифрового фильтра обеспечивает высокое быстродействие, определяемое тактом поступления входной информации на первый сумматор, осуществляющий сложение двух входных отсчетов, один из которых непосредственно поступает на первый вход сумматора, а другой - с задержкой на Т, на регистре задержки на второй вход. Такт работы последующих узлов 8 фильтрации может быть выбран соответственно ниже в 2 раз, так как частота поступления входной информации последовательно от одного узла 8 фильтрации к другому уменьшается в два раза. Разреженная по времени информация с выходов цифровых фильтров поступает на входы умножителя 3, работающего по алгоритму (n)x(n).C(n, где С(п) - действительные выборки из весовой функции, что обеспечивает получение требуемой формы АЧХ фильтров спектроанализатора. С выхода умножителя 3 взвешенные выборки поступают на вход блока 4 вычисления быстрого преобразования Фурье, реализующего алгоритмы -)22пк )(...е п о где п и К - номер соответственно входных и выходных отсчетов;N - количество отсчетов, поступающих на вход блока 4 ; у (k) - комплексная выборка на выходе К-го фильтра. С выходов блока 4 выходные отсчеты у (k) последовательно во времени поступают на вход квадратичного детектора 5, реализующего следующий алгоритм , где S(k) - значение огибающей на выходе К-го фильтра.

J1

с выхода квадратичного детектора 5 информация поступает на один из входов умножителя 6, осуществляющего выравнивание коэффициентов передачи в каждом фильтре по следующему алгоритму

5(х)

SlkVRlvl,

где R(k) - коэффициенты вьфавнивания, хранящиеся в блоке

149274

7 постоянной па -1яти коэффициентов и поступающие на второй вход умножителя 6.

5 Введение умножителя и блока постоянной памяти в устройство, а также построение цифровых фильтров на основе простых узлов фильтрации позволяют значительно упростить устройство в случае, когда полоса анализа уже всей полосы.

ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий преобразователь частоты, вход которого является информационным входом анализатора, первый и второй цифровые фильтры, умножитель на весовую функцию,, выход которого подключен к информационному входу блока вычисления быстрого преобразования Фурье, информационный выход которого подключен к входу квадратичного детектора, отличающийся тем, что, с целью упрощения анализатора, он содержит умножитель и блок постоянной памяти коэффициентов, информационный выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого является информационньш выходом анализатора, а выход квадратичного детектора подключен к второму входу умножителя, причем первый и второй Вход цифровые фильтры содержат Р узлов фильтрации (где Р - отношение всей полосы к полосе анализа), каждый из которых содержит М регистров и М сумматоров (где М - порядок фильтра), при этом выход i-го (, М-1) сумматора 1-го (i 1,P) узла фильтрагщи подключен к первому входу (i+1)-ro сумматора и информационному входу (i + O-ro регистра, информационный выход которого подключен к второму входу (f+O-ro сумматора, первьй вход первого сумматора подключен к информационному выходу первого регистра, а второй вход первого сумматора К-го (,Р) узла фильтрации соединен с (Л информационным входом первого регистра К-го узла фильтрации и подключен к вькоду М-го сумматора (К-1)-го узла фильтрации, при этом вторые входы сумматоров первых узлов фильтрации первого и второго цифровых фильтров соединены с информационными входами первых регистров первых узлов фильтра JI ции соответственно первого и второго цифровых фильтров и подключены к выЮ ходам соответственно реальной и мнимой частей числа преобразователя частоты, а выходы М-х сумматоров Р-х узлов фильтрации первого и второго цифровых фильтров подключены к входам соответственно реальной и мнимой частей числа умножителя на весовую функцию.