Цифровой панорамный измеритель частоты Советский патент 1987 года по МПК G01R23/00 

тью 30, образованы новые функциональные связи. Кроме того, устройство содержит смесители 8, 9, генератор квадратурных сигналов 10, фильтры нижних частот 12, 13, дискретизаторы 14, 15, аналого-цифровые преобразователи 16, 17, блок вычисления дискретного преобразования Фурье 18, блок квадраторов 19, задающий гене1

Изобретение относится к радиоиз- мерИтельной технике, а конкретно - к технике частотных измерений, и может быть использо вано в радиолокации, радионавигации, радиотехнических системах внешнетраекторных измерений.

Цель изобретения - повышение точности оценки частоты при наличии шумов.

На чертеже изображена структурная схема цифрового панорамного измерителя частоты.

Цифровой панорамный измеритель частоты содержит блок 1 управления, состоящий из последовательно соединенных источника 2 постоянного напржения,, ключа 3, одновибратора 4 и ключа 5, схемы выделения переднего и заднего 7 фронтов импульса одно- вибратора 4, выходы которых служат соответственно вторым и третьим выходами блока 1 управления, два идентичных смесителя 8 и 9, генератор 1 квадратурных сигналов, задакнций генератор П сигналов дискретизации, два идентичных ФНЧ 12 и 13, дискре- тиэаторы 14 и 15, два идентичных аналого-цифровых преобразователя (АЦП) 16 и 17, блок 18 вычисления ДПФ, блок 19 квадраторов, генератор 20 порогового сигнала, блок 21 компараторов, блок 22 перемножителей, схему ИЛИ 23, постоянное запоминающее устройство 24, два идентичных сумматора 25 и 26, блок 27 деления„ оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 28, элемент 29 задержки и счетчик 30 с памятью.

Цифровой панорамный измеритель частоты содержит два смесителя 8 и

ратор сигналов дискретизации 11. Увеличение помехоустойчивости и точности оценки частоты объясняется заменой интерполяционного принципа нахождения экстремума дискретного (или сплошного) энергетического спектра интегральным методом поиска эквипа- лентного cneKipa с прямоугольной Ьгибающей, I з,п, ф-лы, 1 ил.

O

5

0

5

5

0

9, объединенные сигнальные входы ко- .торых через ключ блока 1 управления подключены к источнику измеряемой частоты, их информационные входы соединены с соответствующими входами генератора 10 квадратурных сигналов, выход каждого смесителя через последовательно соединенные ФНЧ 12 и 13, дискретизаторы 15 и 14, АЦП 16 , 17 соединен с соответствующим входом (их два) блока 18 вьгчис- ления, выходы которого объединены с соответствующими входакм блока 19 квадраторов, второй вход каждого дискретизатора объединен с выходом задающего генератора П сигналов дискретизации, последовательно соединенные генератор 20 порогового сигнала, блок 21 компараторов, схема ИЛИ 23 и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 24, причем выхода блока 19 квадраторов соединены со входами блока 21 компараторов а также два идентичных сумматора 25 и 26, блок 22 перемножителей, при этом его И;1ходы подключены к одноименным по номеру входам первого сумматора, а входы объединены с соответствующими входами второго сумматора 25 и cxeNai ида 23, последовательно соеди- Нонные оперативное запоминакнцее устройство 28, блок деления и счетчик с памятью, при этом выходы ОЗУ подключены к информационным входам блока перемножителей, второй вход блока деления соединен с выходом первого сумматора 26, вход Запись ОЗУ 28, объединенный с вторым входом блока управления и входом Сброс счетчика 30, через элемент 29 задержки соединен с входом Считывание упомя3;

нутого ОЗУ, вход Установка счетчика подключен к третьему выходу блока управления.

Цифровой панорамный измеритель частоты работает следующим образом.

Считаем для определенности, что измерению подлежит неизвестная частота f из диапазона возможных f - -F f гармонического колебания U(t)

cos(2 5rf t+if).

U(t)E

где EQ - амплитуда сигнала; Ч - начальная фаза; t - частота, подлежащая измерению.

Замыкают ключ 3 блока 1 управления. В результате положительньй перпад напряжения от источника 2 поступает на вход одновибратора 4. Одно- вибратор 4 формирует на своем выход строб длительности Т, который по управляющему входу открывает ключ 5. В результате в течение указанного интервала времени Т на сигнальные входы смесителей 8 и 9 подают с выхода генератора 10 квадратурных сигналов сдвинутые по фазе друг относительно друга на 90 гармонические клебания частоты . Смесители 8 и 9 и ФНЧ 12 и 13, обеспечивающие выделение низкочастотных составляющих спектра колебания U(t) на выходе смесителей 8 и 9, формируют квадратурные составляющие аналитического сигйала, спектр которого сосредоточен в полосе О f 2F. Дис кретизаторы 14 и 15 формируют амплитудные значения низкочастотного сигнала в моменты времени t- K&t(K 1,2..., М, , ), задаваемые генератором 11.АЦП 16 и 17 преобразуют дискретные значения амплитуд отсчетов в цифровую форму. Блок 18 вычисления ДПФ по отсчетам аналитического сигнала фор рует в момент времени Т М отсчетов спектра измерительного сигнала в диапазоне (О - 2F) с шагом . Блок 19 квадраторов обеспечивает формирование на своих М выходах М значений квадраторов модулей спектра С(Кд) аналитического сигнала

G(Kbf)| (,2, М), М отсчетов энергетического спектра (G(K&f)| подают на одноименные по номеру (всего их М) входы блока 21 компарторов. Компаратор на свои М выходы

пропускает только те отсчеты энергетического спектра, амплитуды которых превышает заданный пороговый уровень, сформированный генератором 20. Отсчеты энергетического спектра с выходов блока 21 поступают как на соответствующие входы второго сумматора 25, так и на сигнальные входы блока 22 перемножителей, к информационным входам которого подведены М чисел Kut (К - порядковый номер отсчета энергетического спектра) с М входов ПЗУ 24, Управление работой ПЗУ 24 осуществляется с помощью схемы ИЛИ 23, которая

5 на своем выходе формирует сигнал считывания, если хотя бы один из отсчетов энергетического спектра, поданных на ее входы, превысит пороговый уровень. При этом на выходы (их М)

0 из соответствующих ячеек памяти ПЗУ 24 поступают М чисел, равных (К 1,2.- , М).

Второй сумматор 25 по совокупности дискрет (,2, , М) энерге5 тического спектра, превысивших пороговый уровень, формирует в цифровой форме сумму квадратов амплитуд

М

, 2

0

5

а последовательно соедив-Г.

ненные блок 22 перемножителей и первый сумматор 26 - сумму произведений

М

9 ) K&f6 . Отметим, что сумК 1

му произведений можно интерпретировать как площадь прямоугольника с заранее известным основанием .

М г

. т.е.

К 1

40 о л f 2F

5

0

Числовое значение 9 через ОЗУ 28 подают на соответствующий вход блока 29 деления. При помощи блока 27 деления, обеспечивающего нормировку числового значения 0 относительной , формируют оценку неизвестного значения if о

л

.. о -

с б- с - fr

При частоте f, сигнала искомая оценка f частоты может быть записана в форме

55

f

f. + if.

. Эта процедура осуществляется в цифровой форме при помощи счетчика 30 с памятью следующим образом. В

момент времени, совпадающем с началом стробирующего импульса, на выходе схемы 6 выделения переднего фрон-: та сформирован импульс dt , обнуляющий по входу Сброс счетчик 30. В момент времени Т Импульс, сформированный на выходе схемы 7 выделения заднего фронта импульса блока 1 управления, по входу Установка устанавливает в счетчике 30 число, равное частоте f/f. При поступлении на

вход счетчика 30 оценки на его выходе формируется число, равное f, + дГ.

f

дами блока квадраторов,другой вход каждого дискретизатора соединен с выходом задающего генератора сигналов дискретизации, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости и точности измерения частоты, в него введены блок управления, генератор порогового сигнала, блок компараторов, схема ИЖ, постоянное запоминающее устройство, блок перемножнтелей, первый и второй сумматоры, оперативное запоминающее устройство-, линия задержки, блок деления, счетчик памяти, при этом перf5

вый выход блока управления соединен с сигнальными входами первого и второго смесителей, второй выход блока управления соединен с входом запись оперативного запоминающего устройст- 26 больше времени обработки в первом 20 входом сброса счетчика, а так- сумматоре 25. Для одновременной пода- же через элемент задержки с входом чи чисел 0 и 0 на входы блока 27 де- считывания оперативного запоминающе- ления цифровой сигнал б с выхода го устройства, третий выход блока

Оперативное запоминающее устройство 28 обеспечивает устранение эффекта гонки в цепях обработки цифровой информации; время обработки сигнала ФНЧ 13 и вторым сумматором

первого сумматора 25 задерживается

на время т , равное времени обработ- 25новки счетчика, вход блока управлеки сигналов в блоке 22 перемножите-ния являющегося входом устройства,

лей. Задержка обеспечивается элемен-выходы блока квадраторов соединены

том 29 задержки, задающим момент счи-с первым входом блока компараторов, тывания (по входу Считывание) ин30

формации, записанной в ОЗУ 28.

При замыкании ключа 3 блока 1 управления операции по формированию оценочного значения f, повторяются: ключ 5 отпирается стробом одновибратора 4, обнуляется счетчик ЗОит.д.

Увеличение помехоустойчивости и точности оценки частоты объясняется заменой интерполяционного принципа нахождения экстремума дискретного

второй вход которого соединен с выходом Генератора порогового сигнала, выход блока компараторов соединен с первым входом блока перемножителей, входом схемы ШШ и входом первого сумматора, выход которого ,, соединен с информационными входами оперативного запоминающего устройства, выход которого подключен к перво му входу блока деления, выход схемы ИЛИ подключен к управляющему входу

(или сплошного) энергетического спек- 40 постоянного запоминающего устройст- тра интегральным методом поиска эк- вивал тного спектра с прямоугольной огибающей.

Формула изобрет

I, Цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий два смесителя, сигнальные входы которых объединены, а информационные входы соединены с соответствующими выходами генератора квадратурных сигнсшов, выход каждого смесителя через последовательно соединенные фильтр нижних частот, диск- ретизатор и аналого-цифровой преобразователь соединен с соответствующим входом блока вычисления .дискретного преобразования Фурье, выходы которого соединены с одноименными вхова, выход которого соединен с вторым входом блока перемножителей, выход которого подключен к входу второго сумматора, выход которого подключен е н и я 45 второму входу блока деления, выход которого соеди:нен с входом счетчика памяти, выход счетчика является выходом устройства.

2. Измеритель по п. 1, о т л и - 50 чающийся тем, что блок управления состоит из последовательно соединенных источника постоянного -напряжения, первого ключа, одновибратора, второго ключа, а также блоков выде- 55 ления переднего и заднего фронтов, импульсов, входы которых объединены и соединены с выходом одновибратора, второй вход второго ключа является входом блока управления, выход вто , 69556

дами блока квадраторов,другой вход каждого дискретизатора соединен с выходом задающего генератора сигналов дискретизации, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости и точности измерения частоты, в него введены блок управления, генератор порогового сигнала, блок компараторов, схема ИЖ, постоянное запоминающее устройство, блок перемножнтелей, первый и второй сумматоры, оперативное запоминающее устройство-, линия задержки, блок де10

ления, счетчик памяти, при этом перуправления соединен с входом устас первым входом блока компараторов,

второй вход которого соединен с выходом Генератора порогового сигнала, выход блока компараторов соединен с первым входом блока перемножителей, входом схемы ШШ и входом первого сумматора, выход которого соединен с информационными входами оперативного запоминающего устройства, выход которого подключен к первому входу блока деления, выход схемы ИЛИ подключен к управляющему входу

71296955 8

рого ключа - первым выходом блокаходом блока управления, а выход блоуправления, выход блока выделенияка выделения переднего фронта - трезаднего фронта является вторым вы-тьим выходом блока управления.

Составитель Е, Губанов Редактор А. Ренин Техред А.Кравчук Корректор А, Обручар

Заказ 773/47 Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государствениого комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственио-полигра нческое предприятие, г. Ужгор од, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Может быть использовано в радиолокации, радионавигации, радиотехнических системах внешнетраекторных измерений. Цель изобретения - повьппение точности оценки частоты при наличии шумов. Для достижения цели в устройство введены ,блок управления 1, генератор порогового сигнала 20, блок компараторов 21, схему ИЛИ 23, постоянное запоминающее устройство СЗУ) 24, блок перемножителей 22, сумматоры 25, 26, оперативное ЗУ 28, элемент задержки 29, блок деления 27, счетчик с пайяс S (Л со О5 QD СП СП