Цифровой анализатор спектра Советский патент 1985 года по МПК G01R23/00 

Изобретениеотносится к измерительной технике к может быть исполь зовано для спектрального анализа детерминированных и сл,учайных сигна лов в реальном масштабе времени. Целью изобретения является расши рение динамического диапазона анализатора спектра. На чертеже приведена структурная схема анализатора спектра. Цифровой анализатор спектра соде жит блок 1 согласования, генератор 2 гармонических сигналов, компарато 3, выход которого соединен с входом знакового преобразователя 4, генератор 5 вспомогательных сигналов, выходы, которого соединены с входами знаковых преобразователей 4 и 6, .элемент ИЛИ 7, выходом подключенный к входу ключа 8, генератор 9 счетных импульсов, подключенный к второ му входу ключа 8, и реверсивные сче чики 10.1 и 10.2, первые входы которых соединены с выходом ключа 8, а вторые - с выходами знаковых преобразователей.4 и 6, третьи входы которых связаны с блоком 1 согласования, а четвертые - с выходами генератора 2. Знаковые преобразователи 4 и 6 содержат компараторы, выходы которы соединены с входами блока умножения знаков. Выходом знакового преобразо вателя является выход блока умножения знаков, вторым выходом знакового преобразователя 4 является один из выходов его компаратора. Блок 1 согласования представляет собой усилитель переменного напряже ния, блок 3 - компаратор, первый вход которого является входом блока а второй вход соединен с общей шиной устройства, при этом сигнал на выходе блока 3 равен логической 1, если BXOAHoif сигнал больше нуля, и логическому О в противном случае. Элемент ИЛИ 7 вьфабатывает сигнал логической 1 при несовпадении уровней логических сигналов на его входах (т.е. на одном из входов - уровень логической 1, а на другом - уровень логического О и логического О в противном случае. Генератор 2 гармонических сигналов генерирует синусоидальный и . косинусоидальный (квадратурные) сиг налы опорной частоты, на которой анализируется спектр входного сигнала . Генератор 5 вспомогательных сигналов генерирует независимые случайные сигналы с равномерным распре-делением, граниЩ) которого охватываю диапазон измерения входного и опорных сигналов. Анализатор спектра работает cne- дующим образом. Для простоты рассмотрим работу только одного квадратурного канала, так как второй канал работает аналогично. . В блоке 1 согласования входной сигнал центрируется и масштабируется, после чего поступает на первый вход знакового преобразователя 4, на второй вход которого поступает косинусоидальный сигнал с генератора 2. В преобразователе 4 эти сигналы смешиваются с соответствующими вспомогательными сигналами от генератора 5 (эти сигналы независимы один от другого и от исследуемого сигнала, имеют равномерные плотности распределения, границы которых охватывают основной диапазон исследуемого сигнала) , их сумма квантуется на два уровня, и на выходе знакового преобразователя Д формируется кусочно-постоянный сигнал. Положительному значению кусочнопостоянного сиг«ала соответствует уровень логической 1, а отрицательному - уровень логического О. Математическое ожидание сигнала с точностью до коэффициента пропорциональности равно произведению входного сигнала На опорный гармонический сигнал. Благодаря этому операция перемножения аналоговых сигналов сводится к операции перемножения знаков, которая легко реализуется на цифровых элементах, а также позволяет заменить аналоговые интеграторы реверсивными счетчиками. Интегрирование результата перемножения входного сигнала на опорный гармонический сигнал осуществляется реверсивным счетчиком 10.1, вход управления направлением .счета которого соединен с выходом знакового преобразователя 4. На счетный вход реверсивного счетчиКа 10.1 через ключ 8 поступают счетные импульсы генератора 9. Наличие вспомогательных случайны сигналов вносит в анализатор спектр дополнительные шумы, которые сужают его динамический диапазон, слабые сигналы могут оказаться ниже ост-аточного уровня вспомогательных сигналов на выходе реверсивных счет чиков 10.1 и 10.2. Для расширения динамического диапазона анализатора используется уменьшение влияния вспомогательного сигнала на результат анализа, что достигается путем компенсации этого сигнала.,,Компенсация вспомогательного сиг нала осуществляется следующим образом. Вспомогательный сигнал с выхода генератора 5 поступает на вход компаратора 3, на выходе которого формируется кусочно-постоянный сигнал. На дополнительном выходе знаково го преобразователя 4 также формируется кусочно-постоянный сигнал. Эти сигналы поступают на входы элемента ИЛИ 7, на выходе которого формируется уровень логической 1 при неравнозначности входных сигналов. Этот уровень открьшает ключ 8, разрешая прохождение счетных импульсов с генератора 9 на счетные входы реверсивных счетчиков 10.1 и 10.2. При равнозначности указанных входны сигналов (в частности при отсутстви входного сигнала) на выходе элемента ИЛИ 7 формируется уровень логического О, закрывающий ключ 8, при этом счетные импульсы на входы реверсивных счетчиков 10..1 и 10.2 . не поступают. Указанным запретом счета и осуществляется компенсация вспомогательного сигнала и, следова тельно, уменьшение его влияния на результат спектрального анализа, что и приводит к расширению динамического диапазона анализатора (при этом компенсация не влияет на- среднее значение полезного сигнала). Введение компенсации вспомогательного сигнала является эффективным средством расширения динамического диапазона, обеспечивающим уверенное обнаружение слабых сигнапов. Второй канал анализатора спектра работает аналогично первому, но в качестве опорного использует синусоидальный сигнал генератора 2. Так как на выходах компараторов обоих знаковых преобразователей фор мируются одинаковые сигналы (на лервые входы компараторов поступает входной сигнал, а на вторые - вспомо гательный сигнал), то действие компенсации вспомогательного сигнала распространяете и на второй канал анализатора. - Так.как каналы анализатора спектра использутот в качестве опорных сигналов квадратурные гармонические сигналы, то цифровые коды на выходах реверсивных счетчиков 10.1 и 10.2 соответствуют квадратурным составляющим входного .сигнала и, таким образом, представляют его комплексный спектр. Использование компенсации вспомо гательного сигнала особенно эффективно при спектральном анализе импульсных сигналов. В этом случав сигнал на входе анализатора отличенот нуля лишь в короткие промежутки времени Использование компенсации вспомогательного сигнала при этом полностью устраняет его влияние на результат спектрального анализа -в то время, когда входной сигнал равен нулю, в противном случае воздействие в это время вспомогательного сигнала на реверсивные счетчики исказило бы результат анализа.

x{t)

i

ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий два знаковых преобразователя, генераторы гармонических и вспомогательных сигналов, блок согласования, вход которого соединен с входом анализатора, а выход - с первыми входами обоих знаковых преобразователей, вторые входы которых соединены соответственно -с первым и вторым выходами генератора гармонических сигналов, третьи и четвертые входы - соответственно с первым и вторым выходами генератора вспомогательга.пс сигналов, генератор счетных импульсов, подключенный к первому входу ключа, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью расппрения динамического диапазона, в него введены компаратор и злемент ИЛИ, соединенные последовательно, и второй реверсивный счетчик, при этом вход компаратора соединен с первым выходом генератора вспомогательных сигналов, второй вход элемента ИЛИ соединен S с вторым выходом первого знакового преобразователя, выход элемента ШШ соединен с вторым входом ключа, первый вход второго реверсивного счетчика соединен с выходом ключа, а вторые входы первого и второго реверсивных счетчиков соединены соотт ветственно с выходами первого и вто:о рого знаковых преобразователей. э О эо ю

ffff

10,