Многоканальный спектроанализатор шумовых сигналов Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

1

Изобретение относится к аппаратурному анализу характеристик случайных сигналов, может быть использовано при обработке нестационарных шумовых сигналов в различных радиосистемах и является усовершенствованием изобретения по авт„ св„ № 1114968,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой- , ства.

Поставленная цель достигается введением в известное устройство дополнительных блоков обработки, позволяющих в спектрах исследуемых шумовых сигналов выявлять квазигармони ческие составляющие

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого спектроанализатора.

Спектроанализатор включает широкополосный усилитель 1, N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фильтров 2-1-; 2-N, детектора S-l-f-S-N, интегратора 4-1T4-N, блока S-l-fS-N логарифмирования, подключенных к выходу усилителя. Выходы блоков логарифмирования всех соседних каналов попарно подключены к входам соответствующих блоков 6-1т6-Ы вьиитания. Выходы блоков вычитания через блоки 7-i:-7-N деления соединены с входами сумматора 8, выход которого соединен с входами блоков 9-1т9-Н(Ы-1) умножения. Выходы блоков умножения соединены с первыми входами соответствующих двухвходовых сумматоров 10-1т10(Ы-1). Вторые входы сумматоров соединены с вькодом N-ro блока логарифмирования 5-N. Выходы сумматоров соединены с одним из входов соответствующих блоков вычитания второй группы 11-1т11-(N-1). Вторые входы блоков вычитания соединены с выходами соответствующих блоков логарифмирования 5-1т5(К-1). Выходы блоков вычитания соединены с входами соответствуюш 1х ключей 12-1-:- 12-(N-1), Выходы ключей соединены с входами соответствующих пороговых устройств 13-1f13-(N-1).

N-1

10

- 15

Управляющие входы всех ключ динены с выходом генератора 14 пульсов.

Устройство работает следую образом.

Шумовой сигнал с выхода уси ля 1 поступает на фильтры 2-17 каждого канала, настроенные на частоту. Сигналы с выходов фил каждого канала детектируются д торами 3-173-N, а затем интегр ся в интеграторах 4-1f4-N. Зат налы логарифмируются в блоках 5-N логарифмирования. В резуль на выходе каждого блока (5-N) рифмирования получают логарифм оценку спектра In S(fi).

Сигналы с вйхода блока лога рования всех соседних каналов ся на входы соответствующих бл 6-146-N вычитания, на выходе к образуются разности логарифмич оценок спектров, затем с выход блока вычитания разности логар ческих оценок поступают на входы ветствуннцих блоков 7-1-r7-N деле каждая разность делится на ко ент, зависящий от выбранных з средних частот фильтров канал

При этом коэффициент делени (7-i) блоке деления (где i должен выбираться методом наи квадратов, а величины коэффици зависят от средних частот фил каналов спектроанализатора.

Энергетический спектр шумо сигнала

А

20

25

30

35

S(f)

fn

40

где А - значение спектра на рой фиксированной ми ной частотеi

и- коэффициент наклона сп По измеренным в блоках 6-1f 45 вычитания разностям логарифмич оценок спектре в соседних кан In S(fi) - In S(fi + 1) методо меньших квадратов можно получи оценку коэффициента наклона сп

i:(en5(li)-en 5(;„11(еп{;н-еп ;) + (Еп5(0-еп5(м1(еии-М1) .

.111: :

-1 ..... .

следует ,

z:ienf; eniiHf+(en(ii-EnfN)

Отсюда следует ,что коэф - 55 фициент деления в(7-i)-ом блоке деления до.ткенбыть рав - ным

К nijti-Bnl;

|:{eni;-eni.j(eni,-eni,

,

10

15

2216082

Управляющие входы всех ключей соединены с выходом генератора 14 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Шумовой сигнал с выхода усилителя 1 поступает на фильтры 2-17-2-N каждого канала, настроенные на свою частоту. Сигналы с выходов фильтров каждого канала детектируются детекторами 3-173-N, а затем интегрируются в интеграторах 4-1f4-N. Затем сигналы логарифмируются в блоках 5-1f 5-N логарифмирования. В результате на выходе каждого блока (5-N) логарифмирования получают логарифмическую оценку спектра In S(fi).

Сигналы с вйхода блока логарифмирования всех соседних каналов подаются на входы соответствующих блоков 6-146-N вычитания, на выходе которых . образуются разности логарифмических оценок спектров, затем с выходов блока вычитания разности логарифмических оценок поступают на входы соот- ветствуннцих блоков 7-1-r7-N деления,где каждая разность делится на коэффициент, зависящий от выбранных значений средних частот фильтров каналов.

При этом коэффициент деления в (7-i) блоке деления (где i 1-N) должен выбираться методом наименьших квадратов, а величины коэффициентов зависят от средних частот фильтров каналов спектроанализатора.

Энергетический спектр шумового сигнала

А

20

25

30

35

S(f)

fn

где А - значение спектра на некоторой фиксированной минимальной частотеi

и- коэффициент наклона спектра. По измеренным в блоках 6-1f6-N вычитания разностям логарифмических оценок спектре в соседних каналах In S(fi) - In S(fi + 1) методом наименьших квадратов можно получить оценку коэффициента наклона спектра

1)

К nijti-Bnl;

|:{eni;-eni.j(eni,-eni,f

3

С выхода каждого из блоков деления значения поступают на сумматор 8 в котором формируется оценка коэффициента наклона спектра И, Оценка коэффициента наклона спектра с выхо- да сумматора 8 поступает на блоки 9-1f9-(N - 1) умножения.

В каждом блоке (9 - 1) умножения (где i 1 + N - 1) оценка коэффици- ента наклона умножается на постоян- ную величину, пропорциональную разности логарифмов частот f и.Так, в блоке 9-1 оценка ri умножается на величину, пропорциональную (1п f - - In f, ), в блоке 9-2 - на величину (In ц - In f) и т.д. Таким образом на выходе каждого блока (9-i) умно-, жения,- где i l-fCN-l), получаем напряжение, пропорциональное величине п(1п f., - Inf; ). Напряжения с выходов блоков умножения поступают на первые входы сумматоров I0-1f 10(N-1). На второй вход каждого сумматора (10-i), где i IT(N-I), поступает сигнал с выхода последнего

блока логарифмирования (5-N). Следует отметить, что средняя частота и полоса пропускания последнего фильтра. (2-N) выбраны такими, чтобы в спектре шумового сигнала на его вы- ходе заведомо отсутствовала квазигармоническая составляющая. Поэтому логарифмическая оценка спектра на выходе блока логарифмирования (5N) незначительно отличается от его ис- тинного значения. Тем самым на выходе каждого сумматора (10-i) получаем с наименьшей погрешностью расчетную логарифмическую оценку спектра

In Sp(f;) n(ln f..-ln f. ) + + InS(f).(3)

Сигналы с выхода каждого сумматоpa поступают на один из входов соот- ветствующих блоков 11-1т1I-(N-I) вычитания На другой вход каждого блока вычитания (11-i), где i 1 f 7 (N-1), поступает сигнал с выхода блока логарифмирования (5-i), где i IT(N-I). Таким образом, на выходе каждого блока вычитания (11-i) формируют разность In S(f, -ln Sp(f,) Величины этих разностей через входы соответствующих ключей 12-l7l2-(N-1) поступают на входы соответствующих пороговых устр&йств 13-l7l3-(N-1), Управляет подключением блоков вычи

5

О 5 20

5

0 5

°

, g ,

6084

тания к пороговым устройствам генератор 14 импульсов. В момент появления на его выходе импульса ключи через управляемый вход подключают каждый блок вычитания (11-i) к входу соответствующего порогового устройства (13-i). Период следования импульсов генератора 14 определяется из соотношения , наибольший интервал корреляции случайного сигнала на выходе (5-i) блока логарифмирования, где i 1 f (N -1)о Превьш1ение величиной каяздой разности In S(f;) - In Sp(f; ) соответствующего порогового уровня и. свидетельствует о наличии в полосе пропускания соответствующего фильтра (2-i) квазигармонической составляющей. Тем самым устанавливается факт отклонения формы спектра от наклонной линии в системе координат In S, In f, т.е. уточняется форма энергетического спектра исследуемых сигналов выявлением в них квазигармонических составляюЕЦИх.

Информация с выходов пороговых устройств 13-1;-13-(N-1) наряду с оценкой коэффициента наклона спектра с выхода сумматора 8 используется в последующих устройствах обработки и спектрального анализа и может быть использована в различных радио- системах

Формула изоб ретения

Многоканальный спектроанализатор шумовых сигналов по авт. св. № 1114968, отлич,,ающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем вьщеления в спектре исследуемого сигнала квазигармонических составляющих, в него дополнительно .введены N-1 каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно соединенных блока умножения двухвходовых су(маторов, вычитателя второй группы, ключа, порогового устройства, а также генератор импульсов, причем выход каждого блока умножения подсоединен к одному входу двухвходового сумматора, другой вход двухвходового сумматора соединен с выходом N -го блока логарифмирования, второй вход каждого вычитателя второй группы соединен с выходом соотS1221608

ветствующего блока логарифмирования, а выходы N-1 пороговых устройств на- I управляющий вход каждого ключа сое- ряду с выходом сумматора являются динен с выходом генератора импульсор, выходами устрой.ства.

Изобретение относится к аппара- турному анализу характеристик случайных сигналов и может быть использовано при обработке нестационарных шумовых сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройствао Устройство содержит широкополосный усилитель 1, к выходу .которого подключены каналы, содержащие последовательно соединенные фильтр 2-1-2, детектор 3-1-3, интегратор 4-1-4, блок 5-1-5 логарифмирования. Выходы блоков 6-1-6 вычитания через блоки 7-1-7 деления, сумматор 8 соединены с входами блоков 9-1-9 умножения. Двухвходовые сумматоры 10-1- -10, ключи 12-1-12, пороговые устройства 13-1-13 и вторые группы 11-1-11 блоков вычитания. Управляющие входы всех ключей соединены с выходом генератора 14 импульсово Изобретение - дополнительное к основному авт. св. № 1114968. 1 ил. I (Л