Измеритель элементов матрицы спектральной плотности мощности двух сигналов Советский патент 1987 года по МПК G01R23/18 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для определения частотных характеристик объектов автоматического управления.

Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности измерителя .

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого измерителя, на фиг. 2 - схема блока управления.

Измеритель содержит преобразователи 1 и 2 временного масштаба, блок 3 управления,

являются соответственно первым и вторым выходами блока 3 управления, единственным входом которого является второй вход сумматора 18.

Измеритель работает следующим образом.

)0

Входные реализации первого и второго сигналов поступают соответственно на первые-входы преобразователей 1 и 2 временного масштаба, где осуществляется мультипликативный перенос спектра названных реализаций

, v 15 область, определяемую первой IBKCH- фильтры 4 и 5, фазовращатель 6, квад- романной частотой изменения кодов раторы 7 и 8, блоки 9 и 10 умножеузкополосные

на вторых входах преобразователей 1 и 2 временного масштаба.Реализации со смещенным спектром с выходов преобразователей 1 и 2 временного масштаба поступают соответственно на входы узкополосных фильтров 4 и 5, на выходах которых вьщеляются гармоники смещенных реализаций, соответ

ния и интеграторы 11-14.

Блок 3 управления содержит генератор 15 тактовых импульсов, управляемый делитель 16 частоты, счетчик 17 адреса, сумматор 18 и блок 19 памяти

В измерителе первые входы преобразователей 1 и 2 временного масштаба являются соответственно первым и вторым входами последнего. Ко вторым входам преобразователей 1 и 2 временного масштаба подключены первый и второй выходы блока 3 управления соответственно. Выходы преобразователей 1 и 2 временного масштаба соединены со входами строго одинаковых узкополосных фильтров 4 и 5. Выход узкополосного фильтра 4 подключен к входу фазовращателя 6 и первому входу блока 10 умножения, выход которо- го связан со входом интегратора 13. Выход узкополосного фильтра 5 подключен к входу квадратора 8, выходом соединенного со входом интегратора 14, и ко вторым входам блоков 9 и 10 умножения. Выход фазовращателя 6 подключен к входу квадратора 7 и первому входу блока 9 умножения, выходы которых связаны со входами интеграторов 11 и 12 соответственно.

В блоке 3 управления выход генератора 15 тактовых импульсов подсоединен к тактовому входу управляющего делителя 16 частоты. Выход управляемого делителя 16 частоты подключен к тактовому входу счетчика 17 адреса, выход которого соединен с первым входом сумматора 18. Выход переноса счетчика 17 адреса подключен к входу блока 19 памяти, выход которого соединен с информационным входом управляемого делителя 16 частоты. Выходы счетчика 17 адреса и сумматора 18

являются соответственно первым и вторым выходами блока 3 управления, единственным входом которого является второй вход сумматора 18.

Измеритель работает следующим образом.

область, определяемую первой IBKCH- романной частотой изменения кодов

на вторых входах преобразователей 1 и 2 временного масштаба.Реализации со смещенным спектром с выходов преобразователей 1 и 2 временного масштаба поступают соответственно на входы узкополосных фильтров 4 и 5, на выходах которых вьщеляются гармоники смещенных реализаций, соответствующие резонансной частоте узкополосных фильтров 4 и 5. После окончания первой пары смещенных реализаций частота изменения кодов на входах преобразователей 1 и 2 временКОГО масштаба принимает другое фиксированное значение. Это приводит к . , мультипликативному переносу спектра обеих исходных реализаций в следующую область, в которой гармоники, выделяемые узкополосными фильтрами 4 и 5, будут соответствовать следующим по порядку гармоникам названных реализаций. Таким образом, на выходе каждого из преобразователей 1 и 2 временного масштаба получают набор смещенных реализаций, спектр каждой из которых сдвинут в такую частотную область, в которой соответствующая гармоника исходной реализации совпадает с резонансной частотой узкополосных фильтров 4 и 5. Преобразователи 1 и 2 временного масштаба одновременно сдвигают спектры соответствующих входных реализаций в совпадающие частотные области. Величины сдвигов исходных спектров, необходимые для выделения искомых гармоник, рассчитываются заранее и фиксируются в блоке 3 управления. Таким образом, на выходе узкополосных фильтров 4 и 5 получают наборы сигналов, представляющих собой результат последовательной узкополосной фильтрации соответствующих исходных реализаций.

31

Совместная работа блока 3 управ- ления и преобразователей 1 и 2 временного масштаба, содержащих последовательно соединенные устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, оперативно-запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь заключается в следующем. Реализации, поступающие на входы устройств выборки-хранения каждого из преобразователей 1 и 2 временного масштаба, дискретизируют- ся во времени в наборы выборок, которые на аналого-цифровых преобразователях преобразуются в два набора кодов. Эти два набора кодов синхронно заносятся в ячейки соответствую- щих оперативно-запоминающих устройств. Коды, снимаемые с выходов каждого из аналого-цифровьк преобра- разователей, последовательно заполняют все ячейки соответствующего оперативно-запоминающего устройства согласно адресации, определяемой одним на два оперативно-запоминающих устройства счетчиком 17 адреса. После синхронного заполнения двух опера ТИРно-запоминающих устройств начинается собственно процесс измерения. I

Генератор 15 тактовых импульсов и управляемый делитель 16 частоты формируют последовательность импульсов, частота следования которых определяется кодом на выходе блока 19 памяти. Б последнем записаны рассчитанные заранее коды, соответствующие требуемым сдвигам спектров исходных реализаций. Другими словами, коды, записанные в блоке 19 памяти, определяют такие значения частоты импульсов на выходе управляемого делителя 16 частоты, которые обеспечат все необходимые сдвиги спектров исходных реализаций.

Импульсы с выхода управляемого делителя 16 частоты поступают на тактовый вход счетчика 17 адреса, который определяет адр.ес ячейки оперативно-запоминающего устройства преобразователя 1 временного масштаба, из которой будет произведено очередное считывание информации. Таким образом, частота импульсов на выходе управляемого делителя 16 частоты определяет частоту изменения кодов на вторых входах преобразователей 1 и 2 временного масштаба. Наборы кодов, записанные в обоих опе3073754

ративно-запоминающих устройствах, первый раз будут синхронно считаны с одной скоростью, второй раз - с другой и т.д.

5 Цифроаналоговые преобразователи, установленные на выходах оперативно- запоминающих устройств, преобразуют соответствующие наборы кодов в последовательности аналоговых выборок О соответствующих смещенных реализаций с частотой импульсов, поступающих на тактовый вход счетчика 17 адреса. Для точного измерения взаимного спектра двух сигналов, один из кото- 5 рых запаздывает на некоторое время, необходим аппаратный временной сдвиг одного из сигналов. Этот сдвиг осуществляется с помощью сумматора 18. На первый вход сумма-тора 18 поступа- 20 ет код адреса считывания, подаваемый в оперативно-запоминающее устройство преобразователя 1 временного масштаба, а на второй временного сдвига между анализируемыми 25 сигналами, задаваемьш оператором.

Код, снимаемый с выхода сумматора 18, является кодом адреса считьшания для оперативно-запоминающего устройства преобразователя 2 временного 30 масштаба, поэтому информация, записанная в этом оперативно-запоминающем устройстве, будет считываться, начиная не с первой ячейки, как это происходит в преобразователе Т времен- масштаба, а с какой-то п-ой ячейки, что обеспечит требуемый временной сдвиг. После считывания информации из последней ячейки оперативно- запоминающего устройства преобразовало теля 2 временного масштаба считывание будет продолжаться из первых (п-1) ячеек (емкость обоих оперативно-запоминающих устройств одинакова). Таким образом, на выходах преобразова- 45 телей 1 и 2 временного масштаба формируются реализации с различной частотой следования выборок, что соответствует мультипликатному переносу спектра исходной реализации в различ- 50 ные частотные о бласти.

Мультипликативный перенос спектра характеризуется коэффициентом сдвига

55

К; FCM; /FO

(1)

где F - частота дискретизации исходной реализации;

К; FCM; /FO

(1)

где F - частота дискретизации исходной реализации;

ск;

частота считывания выборок исходной реализации записанных в оперативно-запоминающем устройстве, соответствующая i-му номеру гармоники. Для выделения i-й гармоники соответствующим узкополосным фильтром является условие

гарм

К,

ф;

горн ч F

Т

де абсолютное значение i-й гармоники, резонансная частота соответствующего узкополосного фильтра (относительная частота всех i-ых гармоник) Подставив (1) и (2), и вьщелив

cm

получим:

F F Ч

сч 1

Гарм 1

или

т Т

Т .

СЦ 1

Последнее выражение означает автоматическое выполнение условия отсутствия фазового скачка между реализациями на выходе преобразователей 1 и 2 временного масштаба, так как длина реализации всегда кратна периоду анализируемой гармоники.

Квадратор 7 и интегратор 11 обеспечивают получение электрических сигналов, пропорциональных оценкам спектральной плотности мощности, соответствующим выбранным гармоникам исходной реализации сигнала, поступающего на вход преобразователя 1 вр

менного масштаба. Значения и количесво гармоник определяются кодами, записанными в блоке 19 памяти и их количеством соответственно. Аналогично, квадратор 8 и интегратор 14 служат для получения оценок спектральной плотности мощности сигнала, поступающего на вход преобразователя 2 временного масштаба. Блок 10 умножения и интегратор 13 обеспечивают получение оценок действительной части взаимного спектра двух входных сигналов. Фазовращатель 6, обеспечи- вакяций фазовьй сдвиг гармоники, сни

fO

15

маемой с выхода узкополосного фильтра 4, на IT/2, блок 9 умножения и интегратор 12 служат для измерения оценок мнимой части взаимного спектра двух входных сигналов.

Формула изобретения

1. Измеритель элементов матрицы спектральной плотности мощности двух сигналов, содержащий фазовращатель, последовательно соединенные первый квадратор и первый интегратор, первый блок умножения и второй интегратор, второй блок умножения и третий интегратор, второй квадратор и четвертый интегратор, причем вход первого квадратора объединен с первыми входами первого и второго блока ум- 20 ножения, вход фазовращателя объединен с вторым входом первого блока умножения, а выход фазовращателя соединен с вторым входом втор.ого блока умножения и входом второго квадратора, отличающийся тем, что. С целью повышения его точности и разрешающей способности, в него дополнительно введены первый и второй преобразователи временного масштаба, блок управления, первый и второй узкополосные фильтры, причем первые входы преобразователей временного масштаба являются первьм и вторым входом измерителя, к вторьм входам преобразователей временного масштаба подключены первый и второй выходы блока управления соответственно, выходы первого и второго преобразователей временного масштаба соединена с входами первого и второго узкопо- лосных фильтров, выход первого узкополосного фильтра соединен с входом первого квадратора, а выход второго узкополосного фильтра - с входом

25

30

35

40

0

5

2. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что блок управления состоит из генератора тактовых импульсов, управляемого делителя частоты, счетчика адреса, сумматора и блока памяти, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом управл;яемого делителя частоты, второй вход которого соеди- .нен с выходом блока памяти, выход управляемого- делителя частоты подключен к тактовому входу счетчика адреса, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход переноса

7 . 13073758

счетчика адреса подключен к входу первым и вторым выходами блока управ- блока памяти, выходы счетчика адреса ления, входом которого является вто- и сумматора являются соответственно рой вход сумматора.

Г/

W

16

Редактор А.Ренин

Составитель В.Величикин Техред Л.Сердюкова

Заказ 1628/45 Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

8 fжofff /

П

-

V

/(

/1

V.

oS

фиг.2

7

)(off 2

Корректор М.Демчик

Изобретение может быть использо- вано для определения частотных характеристик объектов автоматического управления. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способвд 2 нести устройства. Устройство содержит фазовращатель 6, квадраторы 7 и 8, блоки 9 и 10 умножения и интеграторы 11-14. В устройство введены преобразователи 1 и 2 временного масштаба, на выходе которых получают набор смещенных реализаций, спектр каждой из которых сдвинут в такую частотную область, в которой соответствующая гармоника исходной реализа- дии совпадает с резонансной частотой введенных узкополосных фильтров 4 и 5. Величины сдвигов исходных спектров , необходимые для выделения искомых гармоник, расчитываются заранее и фиксируются в блоке 3 управления. В описании дан пример конкретного выполнения блока 3 управления. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. ю (Л Виа31 L со со л